昆虫表皮蛋白基因研究进展

在昆虫表皮的发生、分化和昆虫躯体外部重要部位及器官的构建中,表皮蛋白是不可或缺的组成元素。本文在简要总结了目前昆虫表皮蛋白鉴定与分类方面研究的基础上,重点对近10年来昆虫表皮蛋白基因的时空表达模式、激素及转录因子对表皮蛋白基因表达的调控、表皮蛋白基因功能的研究进展进行了综述,探讨了其在害虫防治中可能的应用前景,旨在为进一步研究昆虫表皮蛋白基因及其潜在利用价值提供参考。目前报道的昆虫表皮蛋白序列已超过1 400条,分为12个家族,如CPR, CPF, CPFL和Tweedle等。经由蜕皮激素激活的相关转录因子（如βFTZ-F1和BR-C等）作用于表皮蛋白基因上游的顺式作用元件,开启或关闭基因,以调控表皮蛋白基因的表达。表皮蛋白基因在昆虫表皮整合,体形塑造,活动能力,抗逆与抗药性,以及先天免疫等生理现象和生理过程中有不可或缺的作用。因此,如果能够通过抑制关键表皮蛋白基因的表达,或将其从基因组中删除,以阻碍昆虫的发育或扰乱昆虫的繁殖能力,或可为害虫防治策略提供参考。     

昆虫基因表达的调控

昆虫的基因表达过程十分复杂,受多种调控因子的调节,随着分子生物学研究新技术在昆虫学上的应用,昆虫基因表达的调控也取得了较快进展,本文以一些特征清楚的系统为例,讨论昆虫基因表达调控的研究现状,旨在为其它昆虫表达的调控研究提供借鉴。     

昆虫的表皮腺体

<正> 一、昆虫的表皮腺体及其分类 昆虫的表皮腺体是由昆虫体壁表皮细胞层中的某些特化的具有外分泌功能的细胞组成。这些表皮腺体除口腔中的唾腺在昆虫的消化、造丝等方面的功能之外,主要具有分泌种信息素和防御性物质的功能。近年来,由于人们逐渐认识到昆虫表皮腺体的分泌物对昆虫行为和生理的重要性,特别是利用昆虫性信息素在控制害虫和研究害虫的成功,加上扫描和透射电子显微镜使用的普及,促进了对表皮腺体的研     

半翅目昆虫卵黄原蛋白及其合成调控的研究进展

昆虫卵黄原蛋白（Vitellogenins, Vg）是一种多功能的生殖发育关键调控蛋白,在不同昆虫体内的结构、合成调控及功能不尽相同。随着基因编辑技术的成熟,运用分子手段调控Vg的合成,可减少卵黄发生,降低昆虫的繁殖力,成为有效防治害虫的优势方法之一。因此,Vg及其合成调控的研究受到广泛关注。半翅目害虫是农林业的重点防治对象之一,除直接刺吸为害寄主外,其常传播植物病原体,对农业生产造成了严重危害。半翅目昆虫Vg除在生殖发育中的关键作用外,还与病原菌的传播、寄主免疫等密切相关,可成为分子水平防治半翅目害虫及其继发病害的优势靶标。因此,本文总结了半翅目昆虫Vg的合成方式、合成场所,指明了其结构上蛋白亚基数目的差异,概述了其与昆虫免疫反应、植物防御、病毒传播等有关的研究进展,总结了其合成的保幼激素（包括保幼激素受体Methoprene-tolerant和转录因子Krüppel homolog 1等关键调控因子等）、蜕皮激素和胰岛素信号通路等主要的内分泌激素调控通路,以及以营养信号调控为主的非激素调控通路,为探索半翅目害虫的分子防控手段提供理论依据。     

昆虫的抗菌蛋白及其利用

从种的数目和个体数目来看,昆虫在当今地球上是最为繁荣的一类生物,遍布于地球的陆、水、空各处。昆虫能保持如此繁荣,是因为它具有优于其他生物种的生殖能力、活体防御能力等。昆虫的活体防御机能有多种,其中作为体液防御因子之一的抗菌蛋白倍受人们注目,在此领域开展了多方面的研究,取得了可喜的成果。同时随着抗菌蛋白结构和编码基因的解析以及在分子生物学水平上改变抗菌蛋白研究的深入,昆虫抗菌蛋白在医药、农业等方面的利用也显示出良好的前景。本文中我们就已分离得到的昆虫主要抗菌蛋白及其作用机理和利用前景作一简要论述。…     

中国昆虫表皮碳氢化合物与昆虫化学分类学的研究进展

基于表皮碳氢化合物的昆虫化学分类学已成为昆虫分类的一个重要工具。本文首先简述了世界范围内昆虫化学分类学的起源、发展及应用领域;其次在收集的大量文献基础上,综合分析了我国已开展昆虫表皮碳氢化合物组成研究的昆虫种类、研究内容、取样与进样技术、数据的统计分析、应用领域和存在的问题。针对我国昆虫表皮碳氢化合物研究进展及其在昆虫分类中应用的现状,提出了今后我国在昆虫化学分类领域的研究方向,并展望其应用前景。     

植食性昆虫的寄主选择机理及行为调控策略

害虫是影响农作物生产的重要因素,过度使用化学农药已带来严重的“3R”问题。为了长期有效地控制害虫的危害,基于植食性昆虫寄主选择机制的行为调控策略已成为害虫治理研究的重要方向。天然植物资源（如驱避植物、诱集植物与诱集枝把）、物理模拟材料（如诱集色、驱避色与诱集模型）和人工合成物质（如引诱剂、驱避剂、刺激剂与抑制剂）等研发工作皆取得了突破性的进展。除单一措施的使用外,多种诱集措施协同利用的“诱集＋诱集”策略、诱集措施与趋避措施结合使用的“排斥-诱集”策略也已被广泛应用。     

MicroRNA调控昆虫免疫的研究进展

MicroRNA(miRNA)是一类由内源基因编码的长度约为21nt的非编码单链RNA分子,在各种生物学过程中具有转录后水平调控基因表达的重要作用。本文从miRNA调控昆虫抗菌肽的表达、调控昆虫抗病毒免疫反应、调控昆虫与共生菌的免疫反应及调控昆虫作为病原体媒介引起的免疫反应等方面,就miRNAs在昆虫免疫防御方面的研究进展作一综述。     

昆虫化学感受蛋白研究进展

昆虫化学感受蛋白(chemosensory proteins)是在长期进化过程中形成的一类低分子量酸性可溶性蛋白,广泛分布于昆虫触角、跗节等各种化学感受器中,蛋白质序列具有较高的保守性,种内种间同源性一般为30%～90％。其主要功能是感受、识别、转运、传导环境化学因子刺激信息,参与调节生理节律和生长发育。该文从昆虫化学感受蛋白的生态进化意义、分布表达部位、生化特性、分子结构、生理功能和研究方法等角度,较详细地综述了近年来国内外昆虫化学感受蛋白的研究进展,指出昆虫化学感受蛋白的深入研究,对于阐明昆虫与环境化学信息联系规律、昆虫行为反应本质原因,探索害虫综合治理和益虫利用效率新途径,开辟创制昆虫行为控制剂新领域等具有重要的理论和实践意义。     

Learning and discrimination of cuticular hydrocarbons in a social insect

Social insect cuticular hydrocarbon (CHC) mixtures are among the most complex chemical cues known and are important in nest-mate, caste and species recognition. Despite our growing knowledge of the nature of these cues, we have very little insight into how social insects actually perceive and discriminate among these chemicals. In this study, we use the newly developed technique of differential olfactory conditioning to pure, custom-designed synthetic colony odours to analyse signal discrimination in Argentine ants, Linepithema humile. Our results show that tri-methyl alkanes are more easily learned than single-methyl or straight-chain alkanes. In addition, we reveal that Argentine ants can discriminate between hydrocarbons with different branching patterns and the same chain length, but not always between hydrocarbons with the same branching patterns but different chain length. Our data thus show that biochemical characteristics influence those compounds that ants can discriminate between, and which thus potentially play a role in chemical signalling and nest-mate recognition.     

昆虫抗冻蛋白的分离纯化及特性分析

昆虫抗冻蛋白具有很高的热滞活性,可保护机体免受结冰引起的伤害。昆虫抗冻蛋白的分离纯化多采用凝胶过滤层析、离子交换层析及HPLC等技术,已用于鱼类抗冻蛋白纯化的冰亲和纯化(IAP)技术也可考虑应用于昆虫抗冻蛋白的分离提纯。昆虫抗冻蛋白具有高活性,规则的一级结构及类似的冰晶结合表面等特性。     

Genome-wide identification and analysis of genes encoding cuticular proteins in the endoparasitoid wasp Pteromalus puparum (Hymenoptera: Pteromalidae)

The multifunctional insect cuticle serves as the exoskeleton, determines body shape, restricts water loss, provides attachment sites for muscles and internal organs and is a formidable barrier to invaders. It is morphologically divided into three layers, including envelope, epicuticle, and procuticle and is composed of chitin and cuticular proteins (CPs). Annotation of CPs and their cognate genes may help understand the structure and functions of insect cuticles. In this paper, we interrogated the genome of Pteromalus puparum, an endoparasitoid wasp that parasitizes Pieris rapae and Papilio xuthus pupae, and identified 82 genes encoding CPs belonging to six CP families, including 62 in the CPR family, 8 in CPAP3, 5 in CPF/CPFL, 2 low complexity proteins, 2 in TWDL, and 3 in Apidermin. We used six RNA-seq libraries to determine CP gene expression profiles through development and compared the cuticle hydrophobicity between the P. puparum and the ectoparasitoid Nasonia vitripennis based on GRAVY values of CPR sequences. In the Nasonia-Pteromalus comparison, we found in both N. vitripennis and P. puparum, the peak of their CPR hydrophobicity displayed at their pupal stage, whereas their adult stage showed the lowest level. Except at the adult stage, the CPR hydrophobicity in N. vitripennis is always higher than P. puparum. Finally, we identified three novel Apidermin genes, a family found solely in Hymenoptera and revealed a new sequence feature of this family. This new information contributes to a broader understanding of insect CPs generally.     

基于转录组的葱蝇表皮蛋白基因家族的鉴定及在非滞育和冬滞育条件下的表达分析

【目的】昆虫表皮蛋白在昆虫的生长发育、抑制水分蒸发和抵御其他外界不良环境等方面起到重要的作用。通过转录组水平上葱蝇Delia antiqua表皮蛋白基因家族的鉴定及部分基因在非滞育和冬滞育条件下的表达规律分析,为进一步研究葱蝇表皮蛋白在滞育期的抗逆功能奠定基础。【方法】基于转录组数据,通过生物信息学方法对葱蝇表皮蛋白基因进行鉴定分析,系统进化和保守结构域分析并采用实时荧光定量PCR法比较分析了12个基因在葱蝇非滞育和冬滞育不同发育时期的表达变化。【结果】在葱蝇中鉴定出81个表皮蛋白基因,分别属于RR(71个基因)、CPAP(5个基因)和CPLC(5个基因)亚家族,其编码的蛋白质含有92~495个氨基酸,分子量约为8.692~52.2 k D,等电点为3.90~9.93。亚细胞定位预测结果显示67个全长表皮蛋白均为外分泌型。12个葱蝇表皮基因在非滞育和冬滞育过程中有明显不同的表达规律。【结论】葱蝇表皮蛋白基因RR-2型的保守基序中发生了基因突变,引起关键氨基酸的替换,这可能暗示它们在非滞育和滞育不同条件下,不同发育阶段中蛹皮结构重建和某些器官的发生方面发挥不同作用。该研究结果为进一步阐明葱蝇滞育蛹皮结构及抗逆功能的研究提供了重要理论基础。     

白蚁表皮碳氢化合物组分鉴定及分类学意义

应用GC-MS分析表明,不同种类白蚁表皮碳氢化合物组成和含量均有差异。运用UPGMA聚合R分析的最小距离系数值绘制的系统树表明：圆唇凸额类白蚁——黄胸散白蚁Reticulitermes flaviceps、双色散白蚁R. dichrous和R. sp.1之间;圆唇平额类白蚁——圆唇散白蚁R. labralis、小头散白蚁R. microcephalus、R. sp.2和R. sp.3之间; 尖唇类白蚁——海南异白蚁Heterotermes hainanensis、拧黄异白蚁H. citrinus、细颚异白蚁H.leptomandibularis、尖唇异白蚁H. aculabialis和H. sp. 4之间的亲缘关系较近。3类白蚁中,圆唇凸额类白蚁和圆唇平额类白蚁亲缘关系相近,而两者与尖唇类白蚁亲缘关系较远。实验结果表明,我国存在异白蚁属,它与散白蚁属主要区别在于其表皮缺乏以下数种碳氢化合物：正十七烷烃、正二十烷烃、正二十一烷烃、正二十二烷烃、正二十三烷烃、正二十四烷烃和正二十六烷烃等;却含有一种特殊化合物异喹啉。表皮碳氢化合物分析的结果与形态分类的结果有一定差异,形态分类被鉴定为双色散白蚁的R. sp.1,被鉴定为小头散白蚁的R. sp.2,被鉴定为圆唇散白蚁的R.sp.3,被鉴定为尖唇散白蚁的H. sp.4,根据表皮碳氢化合物分析的结果,R. sp.1、R. sp.3和H. sp.4可能是其他种,而R. sp.2则可能是圆唇散白蚁的亚种或其他种。     

昆虫嗅觉相关蛋白的研究进展

嗅觉是昆虫产生行为的重要物质基础,阐明昆虫嗅觉机理有助于调控昆虫行为和进行害虫治理。近年来,许多与嗅觉相关的生物活性分子和相关基因的发现和克隆,对揭示嗅觉机理具有重要作用。作者针对近年来研究较多的气味结合蛋白、化学感受蛋白、气味受体、气味降解酶以及感觉神经元膜蛋白等,就其生化特性、表达部位、分子结构、生理功能等进行了综述。     

Protein production using the baculovirus‐insect cell expression system

The baculovirus‐insect cell expression system is widely used in producing recombinant proteins. This review is focused on the use of this expression system in developing bioprocesses for producing proteins of interest. The issues addressed include: the baculovirus biology and genetic manipulation to improve protein expression and quality; the suppression of proteolysis associated with the viral enzymes; the engineering of the insect cell lines for improved capability in glycosylation and folding of the expressed proteins; the impact of baculovirus on the host cell and its implications for protein production; the effects of the growth medium on metabolism of the host cell; the bioreactors and the associated operational aspects; and downstream processing of the product. All these factors strongly affect the production of recombinant proteins. The current state of knowledge is reviewed. © 2013 American Institute of Chemical Engineers Biotechnol. Prog., 30:1–18, 2014