草地贪夜蛾与斜纹夜蛾嗅觉味觉相关基因的比较分析

草地贪夜蛾Spodoptera frugiperda,近期侵入中国并迅速扩张。与其近缘物种斜纹夜蛾Spodoptera litura不同,草地贪夜蛾主要偏好玉米、水稻、小麦等禾本科农作物,暴食危害重。此外两种害虫在交配、产卵频率等繁殖特征上也存在差异。这些差异可能与嗅觉、味觉相关蛋白的分歧密切相关。本研究对两种夜蛾科害虫的嗅觉、味觉相关基因进行了系统的鉴定及系统发育分析,并对部分嗅觉结合蛋白进行了选择信号与氨基酸差异位点分析。分别在草地贪夜蛾中鉴定到261个嗅觉相关基因,数目明显大于斜纹夜蛾(179个);鉴定到233个味觉相关基因,数目略大于斜纹夜蛾(217个)。嗅觉相关基因中气味结合蛋白(OBP)基因数目差异最为明显。系统发育分析显示该基因存在夜蛾科特异的分支,且该分支中草地贪夜蛾中基因数目远高于斜纹夜蛾;发现位于I类触角结合蛋白(ABPI)分支的一类OBP成员在草地贪夜蛾中拷贝数增加,其中两个基因拷贝受到正选择,且在草地贪夜蛾中特有的氨基酸替换还可能影响蛋白质功能。本研究为草地贪夜蛾食性特征的遗传机制解析提供线索,为草地贪夜蛾的生物防治提供参考依据和基因素材。     

绿豆象气味结合蛋白基因的克隆及表达分析

[目的]对绿豆象Callosobruchus chinensis气味结合蛋白(odorant binding proteins,OBPs)基因进行克隆、鉴定和组织表达分析,为研究OBPs在绿豆象嗅觉感受过程中的功能奠定基础.[方法]基于绿豆象触角转录组数据,通过RT-PCR克隆绿豆象6个OBP基因并进行生物信息学分析;...     

角倍蚜气味结合蛋白和化学感受蛋白基因的鉴定及表达谱

【目的】通过对角倍蚜Schlechtendalia chinensis气味结合蛋白(odorant-binding proteins, OBPs)和化学感受蛋白(chemosensory proteins, CSPs)基因进行鉴定和表达谱分析,为研究OBPs和CSPs在角倍蚜嗅觉感知中的功能提供理论依据。【方法】基于角倍蚜基因组和不同发育阶段转录组数据,通过生物信息学方法鉴定和筛选角倍蚜OBPs和CSPs的基因序列;利用邻接法对角倍蚜与其他半翅目昆虫OBPs和CSPs的氨基酸序列进行系统发育分析;根据角倍蚜OBP和CSP基因在不同发育阶段(干雌、干母、春迁蚜、秋迁蚜、越冬若蚜、雌性蚜和雄性蚜)转录组数据中的TPM(tags per million)值进行表达丰度分析,结合qRT-PCR方法检测角倍蚜OBP和CSP基因在不同发育阶段的相对表达量。【结果】从角倍蚜基因组和转录组数据中鉴定出12个OBP基因(SchiOBP2-10,SchiOBP13-15)和9个CSP基因(SchiCSP1-2,SchiCSP4-10);系统发育分析发现,角倍蚜OBPs和CSPs与其他蚜虫OBPs和CSPs...     

草地贪夜蛾解毒代谢相关基因家族的进化分析

近年来草地贪夜蛾Spodoptera frugiperda在世界各地猖獗为害,其寄主范围广,且已对多种化学药剂和转Bt玉米产生抗性。本文对包括草地贪夜蛾在内的14种昆虫进行了解毒代谢相关基因家族的注释,在草地贪夜蛾中发现了152个细胞色素P450(cytochrome p450,P450)、92个ABC转运蛋白(ATP-binding cassette transporter,ABC transporter)、44个谷胱甘肽转移酶(glutathione s-transferase,GST)以及39个尿苷二磷酸葡萄糖醛酸转移酶(UDP-glucuronosyl-transferase,UGT)。与其他鳞翅目物种相比,草地贪夜蛾的P450和GST基因数量最多,其中152个P450基因可被归类至Mito、CYP2、CYP3和CYP4四个簇中;Mito和CYP2簇的P450基因总数与家蚕Bombyx mori相近,但CYP3和CYP4簇的P450基因明显多于家蚕,进化分析结果显示CYP3和CYP4簇的P450基因发生了明显的扩增;与家蚕P450基因的共线性分析发现草地贪夜蛾89个P450基因在其基因组上呈簇分布并发生了簇的扩增;与家蚕相比,GST和ABC转运蛋白家族基因的数量明显增多。UGT基因家族没有明显增加,但在基因进化分析中有成簇现象,表明可能存在近期的扩增事件。本研究首次从基因组水平鉴定了草地贪夜蛾解毒代谢相关基因家族,对理解草地贪夜蛾的生物学特性及抗性的形成具有重要指导意义。     

七星瓢虫触角转录组及嗅觉相关基因分析

【目的】瓢虫科食性高度分化。本研究旨在通过建立七星瓢虫Coccinella septempunctata触角转录组数据库,探讨其触角嗅觉相关基因与食性分化的关系。【方法】采用Illumina HiSeq 4000高通量测序平台对七星瓢虫成虫触角转录组进行测序、组装、注释,挖掘嗅觉相关基因,并与已发表的茄二十八星瓢虫Henosepilachna viginyioctopunctata转录组进行比较。【结果】共获得七星瓢虫触角转录组31 775条unigenes,其中69.71%的序列得以注释,NR数据库中注释最多,为20 539条。据注释信息,挖掘到27个嗅觉相关基因,包括1个气味结合蛋白(odorant binding protein, OBP)基因,13个化学感受蛋白(chemosensory protein, CSP)基因,4个气味受体(odorant receptor, OR)基因,7个味觉受体(gustatory receptor, GR)基因和2个感觉神经元膜蛋白(sensory neuron membrane protein, SNMP)基因。相对应地,在植食性茄二十八星瓢虫转录组中鉴定到38个嗅觉相关基因,包括七星瓢虫中未发现的1个离子型受体(ionotropic receptor, IR)基因。在各类型嗅觉相关基因中,茄二十八星瓢虫转录组的OBP基因比例(13.16%)高于七星瓢虫触角转录组的(3.70%),而七星瓢虫触角转录组的GR基因比例(25.93%)则高于茄二十八星瓢虫转录组的(13.16%)。【结论】触角嗅觉相关基因数目不是昆虫食性分化的主因。本研究获得了七星瓢虫触角转录组学资源,初步探讨了嗅觉相关基因同瓢虫食性分化的关系,为了解瓢虫乃至昆虫食性分化的分子基础提供了信息。     

昆虫嗅觉相关蛋白的结构和功能

昆虫在长期进化的过程中形成了复杂的嗅觉系统,气味剂结合蛋白(odorant binding proteins,OBPs)、嗅觉受体(olfactory receptors,ORs)是其最主要的组分.其主要作用是结合外围挥发性的气味分子并将信号传递给细胞内的第二信使.OBPs和ORs的结构、功能、表达、进化是昆虫行为与进化关系的重要研究领域和研究热点.本文主要总结了近年来昆虫OBPs和ORs的结构特点、生理功能、表达特点、遗传进化等方面研究的最新进展,对OBPs和ORs的研究趋势进行了展望,为昆虫嗅觉系统进化研究及寻找害虫防治新途径提供参考信息.     

东方蜜蜂气味受体基因Or1和Or2的克隆与序列分析

本研究采用自行设计的引物对东方蜜蜂Apis cerana Fabricius气味受体(odorant receptors)Or1、Or2的部分基因组序列(GenBank登录号为:JN544932,JN544931)进行了克隆、测序和分析,以探寻传统气味受体(AcOr1)和非典型气味受体(AcOr2)基因在近缘种昆虫间的进化差异。试验所得的东方蜜蜂气味受体基因Or1、Or2的序列长度分别为1247bp和1138bp,各包含4个和2个内含子,编码区序列长度分别为682、686 bp。经序列比对发现,两气味受体DNA序列在东、西方蜜蜂及熊蜂间差异较大,最低相似性仅为56%(AcOr1—BtOr82a-like),差异的主要来源为内含子长度及其碱基的变异,而编码区氨基酸序列相似性较高,均达85%以上;从整体分析来看,在膜翅目昆虫中,非典型气味受体AcOr2较传统气味受体AcOr1是相对保守的气味受体基因。     

花椒窄吉丁触角转录组及嗅觉相关基因分析

【目的】建立花椒窄吉丁Agrilus zanthoxylumi成虫触角转录组数据库,挖掘嗅觉相关基因,为今后研究其触角的化学感受机制及生物防控提供理论支撑。【方法】采用高通量测序平台IlluminaNovaSeq 6000对花椒窄吉丁雌雄成虫触角进行转录组测序,用Trinity软件对获得的高质量reads进行序列拼接与组装;使用BLAST软件将触角转录组数据比对NR, NT, Swiss-Prot, GO, KEGG, BLASTX,eggNOG, Pfam, TmHMM, SignalP, KO, Map, BLASTP和RNAMMER公共数据库;基于初步筛选到的花椒窄吉丁候选气味结合蛋白(odorant binding protein, OBP)和化学感受蛋白(chemosensory protein, CSP)以及其他鞘翅目昆虫的同源蛋白的核苷酸序列,利用MEGA软件进行系统进化分析。运用RPKM (reads perkilobase per million mapped reads)值对嗅觉相关基因表达量进行分析。【结果】花椒窄吉丁雌雄成虫触角转录组测序共获得36 209条基因和90 982条转录本,其N₅₀分别为2 103和2 523 bp,组装完整性较高。注释到NR数据库的基因最多(41.62%),其中与赤拟谷盗Tribolium castaneum相似基因所占比例最高(19%)。在GO数据库中比对到11 614个基因,按功能分为细胞组分、分子功能与生物学进程三大类57个分支,其中分子功能大类中的结合(70.57%)与催化活性(45.51%)相关基因占比最多;KEGG代谢途径分析表明,7 427条基因参与了5类代谢通路,其中涉及信号转导的基因最多,为815条;筛选到7个候选OBP基因和5个具有全长开放阅读框的CSP基因,其编码蛋白均具有化学感受蛋白家族的典型特征。系统进化分析表明,花椒窄吉丁OBPs和CSPs分别与苹果小吉丁A. mali的OBPs和CSPs氨基酸序列一致性最高。RPKM值表明,嗅觉相关基因AzanOBP1和AzanOBP2在雌成虫触角中不表达,在雄成虫触角中微量表达;AzanOBP3在雄成虫触角中高丰度表达。【结论】首次获得了花椒窄吉丁成虫触角转录组数据,筛选到了花椒窄吉丁OBP, CSP, Or, IR和SNMP等的嗅觉相关基因。推测触角中高丰度表达的OBPs对雄成虫识别同类异性释放的信息素或寄主植物释放的挥发物起关键作用。研究结果可为花椒窄吉丁化学感受基因功能分析及嗅觉感受机制研究奠定分子基础。     

昆虫嗅觉相关可溶性蛋白的研究进展

昆虫在长期进化过程中形成了一套高度敏感的嗅觉系统,通过该系统昆虫可以完成寻觅配偶、定位寄主及选择产卵位点等多种行为。在昆虫嗅觉系统中的可溶性蛋白主要有气味结合蛋白(odorant-binding protein, OBP)和化学感受蛋白(chemosensory protein, CSP)。OBP可以特异性结合并运输疏水性的气味分子相应的受体,是昆虫化学识别过程的第一步,具有十分重要的作用。CSP与OBP的结构和功能类似,主要参与化合物的识别和运输,尽管没有直接的证据表明CSP也参与了昆虫的化学感受过程,但已有研究发现,CSP在昆虫嗅觉系统中发挥着重要的作用。本文主要从分子特性、蛋白结构、表达模式、生理功能等方面分别对昆虫的OBP和CSP进行了概述,为深入的研究两者的功能提供理论参考,进而为以昆虫嗅觉系统为靶标的害虫防治提供新的思路。     

Investigation of the mechanism of temperature sensitivity of the electroreceptors of ampullae of lorenzini

In experiments on Black Sea skates (Raja clavata), the potential of the receptor epithelium of the ampullae of Lorenzini and spike activity of single nerve fibers connected to them were investigated during electrical and temperature stimulation. Usually the potential within the canal was between 0 and –2 mV, and the input resistance of the ampulla 250–400 k. Heating of the region of the receptor epithelium was accompanied by a negative wave of potential, an increase in input resistance, and inhibition of spike activity. With worsening of the animal's condition the transepithelial potential became positive (up to +10 mV) but the input resistance of the ampulla during stimulation with a positive current was nonlinear in some cases: a regenerative spike of positive polarity appeared in the channel. During heating, the spike response was sometimes reversed in sign. It is suggested that fluctuations of the transepithelial potential and spike responses to temperature stimulation reflect changes in the potential difference on the basal membrane of the receptor cells, which is described by a relationship of the Nernst's or Goldman's equation type.I. P. Pavlov Institute of Physiology, Academy of Sciences of the USSR, Leningrad. I. M. Sechenov, Institute of Evolutionary Physiology and Biochemistry, Academy of Sciences of the USSR, Leningrad. Pacific Institute of Oceanology, Far Eastern Scientific Center, Academy of Sciences of the USSR, Vladivostok. Translated from Neirofiziologiya, Vol. 12, No. 1, pp. 67–74, January–February, 1980.     

Principles of organization and evolution of systems of regulation of functions

Evolution of living organisms is closely connected with evolution of structure of the system of regulations and its mechanisms. The functional ground of regulations is chemical signalization. As early as in unicellular organisms there is a set of signal mechanisms providing their life activity and orientation in space and time. Subsequent evolution of ways of chemical signalization followed the way of development of delivery pathways of chemical signal and development of mechanisms of its regulation. The mechanism of chemical regulation of the signal interaction is discussed by the example of the specialized system of transduction of signal from neuron to neuron, of effect of hormone on the epithelial cell and modulation of this effect. These mechanisms are considered as the most important ways of the fine and precise adaptation of chemical signalization underlying functioning of physiological systems and organs of the living organism