昆虫天然免疫反应研究前沿

昆虫天然免疫反应分为体液免疫和细胞免疫两种,二者共同作用抵御细菌、真菌、病毒等外源病原物的侵染。体液免疫反应主要包括黑色素形成和抗菌肽产生两种机制,细胞免疫反应包括吞噬、集结和包囊等作用类型。在昆虫天然免疫反应中,昆虫模式识别蛋白负责识别并结合外源物表面特有的模式分子,丝氨酸蛋白酶、丝氨酸蛋白酶抑制剂、各种配体、受体等负责级联信号途径的激活和调控,抗菌肽、黑色素等效应分子则负责对入侵物的杀灭和清除。本文根据国外和作者自己的研究,综述了昆虫天然免疫反应的研究进展,并针对该领域最新的研究动态展望了昆虫肠道免疫、昆虫免疫致敏以及不完全变态昆虫免疫学等这些研究前沿。     

昆虫天然免疫反应分子机制研究进展

昆虫体内缺乏高等脊椎动物所具有的获得性免疫系统, 只能依赖发达的天然免疫系统抵抗细菌、 真菌、 病毒等外源病原物的侵染。本文概括了昆虫天然免疫反应发生和作用的分子机制相关进展, 重点阐述了重要免疫相关因子在昆虫天然免疫反应中的功能和作用机制。昆虫天然免疫反应分为体液免疫和细胞免疫两种, 二者共同作用完成对病原物的吞噬 (phagocytosis)、 集结 (nodulation)、 包囊 (encapsulation)、 凝结 (coagulation)和黑化（melanization）等。当昆虫受到外界病原物的侵染时, 首先通过体内的模式识别蛋白（pattern recognition proteins/receptor, PRPs）识别并结合病原物表面特有的模式分子（pathogen-associated molecular pattern, PAMPs）, 继而一系列包括丝氨酸蛋白酶和丝氨酸蛋白酶抑制剂在内的级联激活反应被激活和调控, 产生抗菌肽、 黑色素等免疫效应分子, 清除或杀灭外源物。抗菌肽是一类小分子量的阳离子肽, 具有广谱抗菌活性, 针对不同类型的病原物, 抗菌肽的产生机制也不尽相同。昆虫体内存在着两种信号转导途径调节抗菌肽的产生： 一是由真菌和大部分革兰氏阳性菌激活的Toll途径; 二是由革兰氏阴性菌激活的Imd途径（immune deficiency pathway）。这两个途径通过激活不同转录因子调控不同抗菌肽基因的表达参与昆虫体内的天然免疫反应。     

昆虫类免疫球蛋白结构和功能研究进展

类免疫球蛋白是在无脊椎动物体内发现的唯一的免疫球蛋白家族成员,它对鳞翅目昆虫自身的免疫起着重要的作用。已有研究表明：类免疫球蛋白只存在于鳞翅目昆虫体内,有可溶性和不溶性两种存在方式,在昆虫体内分别具有不同的功能。可溶性类免疫球蛋白通过一些酶和蛋白的作用对入侵昆虫的细菌和病毒进行免疫防御,而不溶性类免疫球蛋白（即以膜结合蛋白的形式出现）对细胞和细胞黏着以及病毒和细菌入侵细胞有着延缓作用。     

入侵植物乌桕防御策略的适应性进化研究

生长于不同昆虫群落胁迫下的植物地理种群可能进化出不同的防御策略。入侵植物在原产地同时受到专食性昆虫和广食性昆虫的取食危害, 而在入侵地“逃逸”了专食性昆虫的取食危害。入侵植物对不同类型昆虫防御策略的演化可能在其成功入侵的过程中起着至关重要的作用。该文主要以原产中国入侵北美的木本植物乌桕(Triadica sebifera)为例, 并结合其他入侵植物防御策略演化的研究, 从抗性和耐受性、直接抗性和间接抗性、组成抗性和诱导抗性三个方面系统分析不同昆虫选择压力下入侵植物防御策略的演化, 同时探讨入侵植物防御策略演化对生物防治效果的影响, 指出未来的重点研究方向。     

一种体外分析亚洲玉米螟幼虫血细胞包囊的改进方法

包囊反应是昆虫清除侵入体内的外源物如病原物和寄生生物的一种非常重要的细胞免疫反应。由于受到不便于观察、操作复杂等问题的限制,很多包囊分析实验无法或难于在昆虫体内完成。体外包囊方法在一定程度上解决了这些问题。目前常用的体外包囊是在96孔板中加入昆虫血细胞和外源物,如凝胶珠进行培养观察,但这种方法存在着一些明显的缺陷。本文以亚洲玉米螟(Ostrinia furnacalis)幼虫血细胞为研究对象,使用0.2mL的离心管(Eppendorf tube)代替96孔板,并将其固定在匀速旋转的载体上培养,极大程度的模拟了反应物在昆虫体内的状态。结果表明,改进方法后昆虫血细胞的体外包囊效果得到明显提高,且血细胞的状态也得到明显改善;而添加抗凝剂会减弱血细胞对外源物的包囊能力。     

不同生境下空心莲子草响应模拟昆虫采食的生长和化学防御策略

外来植物往往可以入侵多种生境并受到多种昆虫的采食,而不同生境条件将可能会影响这些入侵植物对昆虫采食的防御策略。以入侵我国的克隆植物——空心莲子草为研究对象,分别选择生长在水生生境、水陆两栖生境和陆生生境中的无性个体(分株),通过50%去叶处理模拟昆虫采食,分析不同生境下空心莲子草对模拟昆虫采食处理的生长及化学防御响应的差异。模拟昆虫采食处理显著抑制了陆生生境、水陆两栖生境以及水生生境下空心莲子草的根、茎、叶和总生物量,但对3种生境下空心莲子草的生物量分配(根冠比、根生物量分配、茎生物量分配和叶生物量分配)均无显著影响。陆生生境下空心莲子草根、茎和总生物量显著高于水陆两栖生境和水生生境,根冠比显著低于水陆两栖生境和水生生境。模拟昆虫采食处理显著降低了空心莲子草的木质素含量,而对单宁和总酚含量影响不显著。生境对木质素含量无显著影响,但陆生生境下空心莲子草单宁含量显著高于水陆两栖生境和水生生境,且总酚含量显著高于水陆两栖生境,表明陆生生境中空心莲子草具有更强的防御能力。空心莲子草木质素含量与总生物量无显著相关性,但在模拟采食情况下,其总酚含量与总生物量呈显著负相关,而无论模拟昆虫采食处理存在与否,空心莲子草单宁含量与总生物量均呈显著正相关。因此,空心莲子草存在昆虫介导的生长和化学防御之间的权衡,在昆虫采食的情况下可通过减少生长来增加对化学防御物质的投入,但生境对空心莲子草这种生长-防御权衡的影响十分有限。     

一种体外分析亚洲玉米螟幼虫血细胞包囊的改进方法

包囊反应是昆虫清除侵入体内的外源物如病原物和寄生生物的一种非常重要的细胞免疫反应。由于受到不便于观察、操作复杂等问题的限制，很多包囊分析实验无法或难于在昆虫体内完成。体外包囊方法在一定程度上解决了这些问题。目前常用的体外包囊是在96孔板中加入昆虫血细胞和外源物，如凝胶珠进行培养观察，但这种方法存在着一些明显的缺陷。本文以亚洲玉米螟（Ostrinia furnacalis）幼虫血细胞为研究对象，使用0.2 mL的离心管（Eppendorf tube）代替96孔板，并将其固定在匀速旋转的载体上培养，极大程度的模拟了反应物在昆虫体内的状态。结果表明，改进方法后昆虫血细胞的体外包囊效果得到明显提高，且血细胞的状态也得到明显改善；而添加抗凝剂会减弱血细胞对外源物的包囊能力。     

昆虫内共生菌在昆虫防御中的作用

共生菌在昆虫体内的生长、繁殖过程中起着十分重要的作用,如营养功能、解毒作用、调控生殖及与寄主适应性等等。近些年,一些学者提出了共生菌在寄主抵御天敌等逆境的胁迫时也具有重要的作用。其在寄主防御中的作用可分为3类:(1)昆虫体内共生菌能产生具有抗真菌作用的代谢物,能够抵御病原真菌的入侵,提高寄主的适应性。(2)昆虫抵御寄生蜂的作用与其体内的共生细菌密切相关。(3)共生菌也能产生有毒物质保护寄主免于被捕食。昆虫共生菌在寄主防御中的作用机制除了产生抗菌物质和聚酮类等有毒物质外,还可能通过与水平传播的寄生物(horizontal transmission parasites,HTPs)竞争寄主资源来直接保护寄主。对共生菌的作用的深入研究将有可能进一步明确其功能,并加以利用。     

昆虫血细胞功能、形态及细胞免疫反应研究前沿

细胞免疫反应是昆虫先天免疫系统的重要组成部分,与体液免疫反应共同作用以防御外源物。不同类群的昆虫其血细胞种类不同,空间形态及免疫应答功能也各具特征,但在细胞免疫中大都发挥着吞噬、结节与包囊作用。本文根据国内外的研究,对昆虫血细胞的类型、功能、形态、吞噬过程、细胞表面吞噬受体、以蚜虫为代表的不完全变态昆虫免疫学和影响蚜虫免疫系统的共生体等研究动态进行了综述,以期为害虫防治提供思路和防治策略。     

昆虫肠道防御及微生物稳态维持机制

在长期的进化过程中,昆虫形成了独特的肠道防御系统,主要由物理屏障和免疫系统共同作用来抵御外来微生物的入侵。如大部分后生动物一样,昆虫肠道上皮细胞无时无刻不与微生物接触,其种类从有益的共生菌、随食物进入的微生物到影响宿主生命的病原菌。在这样一种复杂的环境中,为了实现防御肠道病原微生物的同时又能维持共生微生物稳定的目的,宿主肠道上皮细胞必须在免疫应激和免疫耐受之间保持一种稳态平衡。Duox-ROS免疫系统和免疫缺陷(immune deficiency,Imd)信号通路作为肠道免疫反应的基本途径,必然参与调节此过程。本文从昆虫肠道防御组成、肠道免疫信号通路作用分子机制以及肠道免疫系统在肠道微生物群落稳态维持中的作用的最新研究进展进行综述。     

抗病毒天然免疫研究

病毒是一种极具感染性和传染性的病原微生物．当病毒感染机体以后,机体会通过激活免疫系统来进行防御．高等哺乳动物的免疫系统分为两大类：适应性免疫系统和天然免疫系统．适应性免疫系统主要通过T淋巴细胞和B淋巴细胞特异性地识别入侵的病毒并将其清除．而天然免疫系统主要通过模式识别受体识别病毒的入侵,进而产生一系列的细胞因子抵抗病毒的入侵．其中,天然免疫系统作为抵御病毒入侵的第一道防线和激活后续适应性免疫的先决条件在整个抗病毒免疫反应中发挥着十分重要的作用．     

植食性昆虫利用唾液腺适应寄主植物防御机制研究进展

植食性昆虫与寄主植物在长期协同进化的历程中,两者逐渐演化出丰富多样的防御与反防御机制,其中在植食性昆虫适应植物防御的过程中,唾液腺分泌物起到关键性的作用。本研究从宏观与微观两个层面,揭示植食性昆虫如何利用唾液腺以适应寄主植物防御的作用机理。回顾了昆虫唾液腺分泌物通过干预植物气孔的动态变化、适应植物细胞壁、降解植物防御性化合物等方式调控寄主植物防御的研究进展,探讨了昆虫唾液效应因子以干扰植物早期免疫信号通路、调节植物激素信号通路、与植物免疫蛋白互作等形式应对植物防御反应的内在分子机制。同时,本文依据CRISPR/Cas9、植物介导的RNAi、纳米材料介导的RNAi等新技术的发展,对基于昆虫效应因子开发的虫害防控技术的发展空间进行分析,以期为作物抗性的提高以及害虫综合治理能力的提升提供理论依据与实践指导。     

植物抗虫“防御警备”:概念、机理与应用

植物抗虫"防御警备"是指受到某些生物或者非生物因子刺激警备后,植物会提前做好抗虫防御准备,之后当再次受到害虫袭击时,植物会产生更加快速和强烈的抗虫防御反应,从而使自身抗虫性显著提高.这是近年来新发现的植物防御害虫的一种策略,是一种特殊的诱导抗虫机制.植食性昆虫的取食、分泌物、产卵、为害诱导的植物挥发物(HIPVs)以及某些有益微生物、植物营养元素、重金属和一些化学物质均可以引起植物产生抗虫防御警备.防御警备具有抗性高效、持久、环境友好,甚至可以遗传到子代等优点.本文综述了近年来有关植物抗虫防御警备的研究,主要概括了植物抗虫防御警备的一般特征、刺激警备因子和形成机制,并对其在生产实践中的应用前景进行了简要分析,提出了这一领域尚未解决的问题和亟待深入的研究方向.通过合适的方法使植物产生抗虫防御警备可以大大减少杀虫剂的使用,成为害虫综合防治的重要手段.     

昆虫抗菌蛋白基因转录调控研究的新进展

在自然或人为创伤和感染情况下,昆虫能迅速产生各种类型的抗菌因子,例如天蚕素(cecropin),果蝇抗菌蛋白(diptericin),天蚕抗菌蛋白(attacin)和防御素(defensin)等.这些活性多肽和蛋白从其被合成的脂肪体和某些血细胞中,分泌到血淋巴参与虫体对入侵物的免疫反应.抗菌多肽和蛋白的诱导、表达及其协同作用于外源微生物,构成昆虫先天性防卫免疫系统中极为重要的环节.近年的研究表明,昆虫的这种防卫免疫系统与哺乳动物急性期反应是相关的,特别是在有关基因表达的协调控制方面具有许多共同的基本特征.     

弯齿琵甲防御分泌物的化学成分测定及抗菌活性分析

弯齿琵甲Blaps femoralis Fischervon Waldheim是中国北方的优势土壤昆虫,其防御腺分泌物用于御敌和引起本种群体的集结,体外具有一定毒性,民间将该虫作为药用昆虫资源利用年代久远。由该虫防御腺体获得分泌物并经气相色谱-质谱联用技术(GC-MS)分析,共计获得14种小分子化合物,其中以2-甲基苯醌、1-十三碳烯和2,4-二甲基-3-呋喃乙酮含量较高,苯醌、苯二酚、3,5-二羟基甲苯和十二烷醛等小分子化合物次之。研究证实该分泌物具有较明显的抑菌能力。研究结果为今后进一步深入开展弯齿琵甲的防御腺化学分泌物天然产物的研究积累了工作。     

围食膜: 害虫生物防治的潜在靶标

围食膜是昆虫中肠细胞分泌的一层特有的非细胞结构,由蛋白质、粘多糖和几丁质组成,是昆虫中肠细胞抵御随食物摄入的病原微生物入侵的第一道天然屏障。昆虫病毒增效蛋白、几丁质酶、荧光增白剂和外源凝集素等生物防治促进因子通过与围食膜上特异位点的结合,可破坏围食膜结构,改变其通透性,促进病原微生物对害虫的感染。该文综述了与昆虫围食膜密切相关的生防促进因子的增效活性及其作用机理,阐明了以围食膜为害虫生物防治靶标的应用前景。     

昆虫先天性免疫信号通路研究进展

昆虫体内形成了强大的免疫防御系统,其被各种微生物攻击时能依靠病原相关分子模式识别蛋白对感染进行区分和激活体内信号通路诱导如抗菌肽之类的效应分子.昆虫体内控制先天性免疫的信号通路分别是:Toll通路、IMD通路和JAS/STAT通路,这3条通路在信号传递过程中存在协作,并且,这些通路与脊椎动物体内某些通路存在惊人相似、在免疫调控通路方面存在共同的进化起源.这揭示了先天性免疫在动物体内存在的普遍性和机体抵御病原感染的重要性.     

CRISPR-Cas系统转录调控机制的研究进展

原核生物可利用由CRISPR-Cas系统(clustered regularly interspaced short palindromic repeats-CRISPR associated)介导的适应性免疫机制防御外源核酸入侵.在适应性免疫过程中,原核生物将外源核酸部分片段整合至自身CRISPR阵列中,表达并加工的...     

自噬作用:机体抵御病原入侵的第2道防线

机体的固有免疫系统和获得性免疫系统可有效地抵御病原体的入侵,其中固有免疫系统的皮肤和黏膜屏障是机体抵御病原体入侵的第1道防线,由吞噬细胞、NK细胞等介导的吞噬和杀伤作用构成了机体固有免疫的第2道防线。最近自噬体及自噬现象的研究发现,自噬作用参与了机体对病原体入侵的免疫防御过程,是主要的机体抵御病原入侵的第2道防线。     

植物抗虫“防御警备”: 概念、机理与应用

植物抗虫“防御警备”是指受到某些生物或者非生物因子刺激警备后,植物会提前做好抗虫防御准备,之后当再次受到害虫袭击时,植物会产生更加快速和强烈的抗虫防御反应,从而使自身抗虫性显著提高.这是近年来新发现的植物防御害虫的一种策略,是一种特殊的诱导抗虫机制.植食性昆虫的取食、分泌物、产卵、为害诱导的植物挥发物(HIPVs)以及某些有益微生物、植物营养元素、重金属和一些化学物质均可以引起植物产生抗虫防御警备.防御警备具有抗性高效、持久、环境友好,甚至可以遗传到子代等优点.本文综述了近年来有关植物抗虫防御警备的研究,主要概括了植物抗虫防御警备的一般特征、刺激警备因子和形成机制,并对其在生产实践中的应用前景进行了简要分析,提出了这一领域尚未解决的问题和亟待深入的研究方向.通过合适的方法使植物产生抗虫防御警备可以大大减少杀虫剂的使用,成为害虫综合防治的重要手段.