小菜蛾U6 snRNA基因的克隆及作为miRNA定量表达分析内参基因的评价

【目的】克隆小菜蛾Plutella xylostella (L.)小分子非编码RNA U6的cDNA序列,并评价其是否适合作为定量检测小菜蛾microRNA (miRNA)表达量的内参基因。【方法】本研究采用RT-PCR 克隆获得了小菜蛾4龄幼虫核小RNA(small nuclear RNA, snRNA) U6的cDNA序列,并用定量PCR法检测了U6及8种miRNAs在小菜蛾不同发育阶段及不同杀虫药剂处理后的表达稳定性。【结果】小菜蛾U6的cDNA序列全长 94 bp,与其他昆虫U6的核苷酸序列一致性达98.9%。用geNorm和RefFinder软件分析荧光定量PCR结果表明,U6在小菜蛾卵、1-4龄幼虫、蛹和成虫7个不同发育阶段表达稳定;用马拉硫磷、毒死蜱、辛硫磷、灭多威、呋喃虫酰肼、高效氯氰菊酯、氯虫苯甲酰胺、溴虫腈和Bt 9种不同作用机理的杀虫药剂处理3龄末幼虫48 h,对U6的表达水平无显著影响。【结论】小菜蛾U6表达水平不受不同发育阶段和不同杀虫药剂处理的影响,符合作为内参基因的基本特点,可作为定量PCR法评价小菜蛾miRNA或其他非编码小分子RNA表达水平的内参基因。研究结果为小菜蛾miRNA表达水平的准确定量奠定了基础。     

羧酸酯酶介导的小菜蛾对氟虫腈的抗性

【目的】羧酸酯酶（carboxylesterases, CarEs）是昆虫重要的解毒代谢酶之一,可以介导靶标昆虫对多种杀虫剂的代谢抗性。本研究检测了羧酸酯酶对小菜蛾Plutella xylostella 抗药性的介导功能,旨在阐明羧酸酯酶在小菜蛾代谢解毒中的生理生化和分子机理。【方法】采用点滴法测定氟虫腈对小菜蛾敏感种群和抗氟虫腈种群的毒力,以及羧酸酯酶抑制剂磷酸三苯酯（triphenyl phosphate, TPP）对氟虫腈的增效作用;以LC₃₀和LC₅₀浓度的氟虫腈处理抗性小菜蛾,测定药剂处理后CarEs酶活性的变化;利用qRT-PCR技术分析Pxae22和Pxae31两个基因在小菜蛾不同发育阶段、组织和种群的表达模式;利用dsRNA干扰Pxae22和Pxae31后观察基因的表达变化和小菜蛾3龄幼虫对药剂敏感性的变化。【结果】TPP可以削弱小菜蛾3龄幼虫对氟虫腈的抗性,增效倍数约为6倍;使用较低剂量（LC₃₀和LC₅₀）氟虫腈处理小菜蛾3龄幼虫后,处理组CarEs比活力明显高于对照,提示氟虫腈对小菜蛾CarEs活性具有诱导作用。对羧酸酯酶基因Pxae22和Pxae31在小菜蛾不同发育阶段、4龄幼虫不同组织和不同种群3龄幼虫中的表达模式分析发现,这两个基因在小菜蛾4龄幼虫中的表达量最高;在4龄幼虫中以中肠组织中的表达量较高,头、表皮、脂肪体中的表达量很低; 抗性种群中的表达量显著高于敏感种群。通过干扰 Pxae22和 Pxae31后的qRT-PCR验证,两个基因的表达量均显著降低,进一步的氟虫腈毒力测定发现,干扰P xae22和 Pxae31后的小菜蛾3龄幼虫对氟虫腈的敏感性分别增加了1.63倍和1.73倍。【结论】羧酸酯酶在小菜蛾对氟虫腈解毒代谢中具有重要作用;Pxae22和Pxae31是小菜蛾的两个抗性相关基因,其表达水平的变化直接影响小菜蛾对氟虫腈的敏感性。     

小菜蛾溶菌酶Pxlys的基因克隆及其重组蛋白的抗菌活性分析

[目的]本研究旨在通过研究小菜蛾Plutella xylostella溶菌酶的功能,进一步认识小菜蛾的免疫防御机理,为小菜蛾的生物防治提供新的思路.[方法]利用RACE技术克隆小菜蛾溶菌酶基因.构建原核表达载体pET-29a-Pxlys,利用原核表达系统表达并用镍柱亲和层析纯化重组蛋白Pxlys.利用牛津杯法检测重组蛋...     

一个调控抗菌肽表达的小菜蛾肽聚糖识别蛋白(PxPGRP-SA)

【目的】肽聚糖识别蛋白(peptidoglycan recognition proteins,PGRPs)是昆虫免疫系统中一类重要的模式识别蛋白。本研究旨在阐明经苏云金芽孢杆菌Bacillus thuringiensis侵染后,小菜蛾Plutella xylostella PGRP-SA基因(命名为Px PGRP-SA)在体内的表达模式和对抗菌肽基因的表达调控。【方法】本研究利用实时荧光定量PCR(qRT-PCR)技术分析B.thuringiensis侵染小菜蛾幼虫后Px PGRP-SA的转录模式,通过RNAi技术结合抗血清封闭实验检测Px PGRP-SA对小菜蛾抗菌肽基因的表达调控作用。【结果】qRT-PCR检测表明,小菜蛾4龄幼虫在注射具有活性的B.thuringiensis 6 h后,Px PGRP-SA在脂肪体和血细胞中表达量迅速上升,其中脂肪体中的表达量在注射24 h后达到高峰,而在血细胞中的表达量在18 h后达到高峰。RNAi沉默小菜蛾4龄幼虫Px PGRP-SA的转录后,可显著降低小菜蛾脂肪体中cecropin,moricin-2,lysozyme和defensin 4个抗菌肽基因及Dorsal和Sptzle基因的mRNA转录水平;注射anti-Px PGRP-SA封闭小菜蛾体内Px PGRP-SA的活性后,也可降低小菜蛾脂肪体中4个抗菌肽基因的mRNA转录水平;Px PGRP-SA转录沉默后,同时导致添食B.thuringiensis的小菜蛾幼虫的存活率明显降低。【结论】Px PGRP-SA参与了小菜蛾体内抗菌肽cecropin,moricin-2,lysozyme和defensin基因的表达调控,并在免疫防御B.thuringiensis的侵染过程中起了重要的作用。     

过表达筛选发现果蝇miR-2参与调控线粒体稳态（英文）

【目的】真核细胞内线粒体稳态由多条分子通路共同调控,其中miRNA的重要性在最近日益凸显。但是对miRNA如何调控线粒体稳态仍缺乏全面准确的认识。本研究旨在探究miRNA对线粒体稳态的调控作用及机制。【方法】在黑腹果蝇Drosophila melanogaster幼虫脂肪体细胞中对miRNA进行过表达筛选,监测线粒体形态变化。通过生物信息学方法预测参与调控线粒体稳态的miRNA下游靶标,并通过RNAi敲低实验检验靶标基因对线粒体形态的影响。【结果】在黑腹果蝇幼虫脂肪体中监测了过表达106个miRNA对线粒体形态及果蝇发育的影响,发现21个miRNA过表达引起脂肪体发育异常,其中10个miRNA过表达可以导致幼虫期致死,11个miRNA过表达导致蛹期致死。过表达miR-2导致黑腹果蝇脂肪体细胞中线粒体异样聚集。序列分析表明miR-2很可能靶向调控Pink1基因。Pink1基因表达量确实因miR-2过表达而下调。遗传互作实验发现过表达Pink1基因可以拯救过表达miR-2引起的线粒体异样聚集。【结论】结果说明miR-2很可能通过靶向Pink1基因参与调控线粒体稳态。     

小菜蛾中肠Polycalin蛋白的基因克隆、表达及与Cry1Ac毒素的结合特性分析

【目的】Polycalin蛋白是一种新发现的Bt毒素受体,可能与昆虫对Bt的抗性有关。本研究旨在明确小菜蛾Plutella xylostella Polycalin蛋白与Bt Cry1Ac毒素的关系。【方法】本研究通过PCR结合RACE技术从小菜蛾3龄幼虫中肠克隆获得Polycalin蛋白基因的全长cDNA序列,采用实时定量PCR技术研究Polycalin蛋白在小菜蛾不同发育阶段、4龄幼虫不同组织及用不同浓度Cry1Ac毒素饲喂3龄幼虫后的表达量。提取小菜蛾幼虫中肠的刷状缘膜囊泡(BBMV),运用合成多肽的方法制备Polycalin蛋白抗体,利用Western blot和Ligand blot技术对小菜蛾Polycalin蛋白进行鉴定,分析其与Cry1Ac毒素的结合特性。【结果】克隆得到的小菜蛾Polycalin蛋白基因的cDNA序列全长为9 102 bp(GenBank登录号:MF138149),其中,开放阅读框为8 778 bp,编码2 925个氨基酸;预测蛋白质分子量为326.38 kD,等电点为4.39;在推导的氨基酸序列中,前20个氨基酸为N-末端信号肽序列,含有14个N-糖基化位点,67个O-糖基化位点,6个脂质运载蛋白特征序列,6个脂质运载蛋白位点和13个类脂质运载蛋白结构域,并且在第20和21位(TSG-QVV)氨基酸之间存在一个裂解位点,在C-末端存在2个GPI结合位点,具有Bt毒素受体的特征。该蛋白在幼虫期的表达量较高,尤其在3龄幼虫体内表达量最高,在蛹和成虫中的表达量最低;在4龄幼虫的头、胸、腹中均有表达,在幼虫腹部中的表达量最高;3龄幼虫取食不同浓度的Cry1Ac毒素后,Polycalin蛋白的表达量下降,且Cry1Ac毒素浓度越高,下降越明显。通过Western blot检测到小菜蛾中肠刷状缘膜囊泡(BBMV)上存在大约300 kD的Polycalin蛋白条带;Ligand blot实验证明了小菜蛾Polycalin蛋白能与Cry1Ac毒素结合。【结论】本研究首次初步明确了小菜蛾Polycalin蛋白具有与Bt毒素结合的特性,为研究Bt对昆虫的作用机理和利用Bt防治害虫提供一定的理论基础和参考价值。     

氯虫苯甲酰胺胁迫下小菜蛾ABCC1～ABCC5 mRNA的表达特征

【目的】为探讨小菜蛾Plutella xylostella ABC转运蛋白(ATP-binding cassette transporter)与氯虫苯甲酰胺代谢的关系【方法】采用实时荧光定量RT-PCR技术,测定了氯虫苯甲酰胺敏感和抗性小菜蛾及用LC50剂量的氯虫苯甲酰胺处理敏感种群不同时间后ABCC1~ABCC5 mRNA的表达量;并检测了其中过表达的ABCC3~ABCC5在小菜蛾不同发育阶段和4龄幼虫不同组织中的表达量。【结果】所检测的5个ABCC基因在氯虫苯甲酰胺抗性品系中均上调表达,最高为敏感品系的2倍;LC50的氯虫苯甲酰胺处理后ABCC3、ABCC4和ABCC5 mRNA的表达量分别上调2.16倍、2.81倍和1.85倍,ABCC1和ABCC2则分别下调为对照组的65.8%和37.2%。ABCC3的mRNA在幼虫期和雄性成虫中表达量显著高于其它时期;ABCC4的mRNA在各发育阶段表达量差异不大,其中在预蛹期最高;ABCC5的mRNA在3龄幼虫中表达量显著高于其它龄期。在4龄幼虫各组织中,ABCC3、ABCC4和ABCC5在中肠中的表达量均显著高于其它组织。【结论】小菜蛾ABCC3、ABCC4和ABCC5可能在其对氯虫苯甲酰胺的代谢中起作用,该研究结果为进一步探究小菜蛾对氯虫苯甲酰胺的抗性与ABCC1~ABCC5的关系奠定了基础。     

小菜蛾热休克蛋白基因的鉴定及其表达模式分析

热休克蛋白(heat shock protein, HSP)在昆虫应对外界胁迫刺激时起着重要作用。为了系统研究小菜蛾Plutella xylostella HSP基因家族, 根据家蚕的HSP蛋白序列, 采用本地Blast程序对小菜蛾全基因组数据库进行同源序列检索, 从小菜蛾基因组数据库中鉴定了25个HSP基因, 包括2个HSP90、 8个HSP70和15个sHSP（small heat shock protein, sHSP）基因。小菜蛾、 家蚕Bombyx mori、 黑腹果蝇Drosophila melanogaster和赤拟谷盗Tribolium castaneum的HSP系统进化分析显示, 昆虫的小分子量热休克蛋白sHSP具有很强的种属特异性, HSP70家族的保守性比sHSP强。小菜蛾HSP基因表达模式分析显示, 与敏感品系对比, 抗性品系（抗毒死蜱和抗氟虫氰品系）中HSP基因具有不同的表达模式。小菜蛾1, 2和3龄幼虫HSP基因表达模式较为接近, 而与4龄幼虫中的表达模式相差较大; 4龄幼虫和蛹中的表达模式相近; 雌成虫和雄成虫中的表达模式显著不同, 与果蝇精子形成有关的两个热休克蛋白HSP23和HSP27基因［分别为CCG003980.1 (Px23.5)和CCG005412.2 (Px27.5)］, 在小菜蛾雄成虫中的表达量显著高于雌成虫。研究结果表明小菜蛾HSP基因不仅在杀虫剂抗性、 发育分化, 甚至在生殖上均可能起着重要的作用。本研究为深入研究小菜蛾HSP与生长发育、 抗逆行为的相互关系奠定了基础。     

本期重点推介

正Br是全变态昆虫蛹期蜕皮激素的初级响应基因,Br蛋白可结合下游靶基因如caspase家族基因Dronc及reaper,hid和Drice等细胞凋亡关键基因的启动子区域,影响化蛹进程,在害虫控制及新农药开发中具有应用价值。小菜蛾Plutella xylostella中已发现Br-Z2/3及Br-Z7两种Br异构体,其中Br-Z2/3在4龄幼虫末期和预蛹期高表达,与小菜蛾化蛹关系密切。为了进一步验证Br-Z2/3在小菜蛾化蛹中的作用,福建农林大学植物保护学院胡晓汉、顾晓军和黄劲飞等通过原核表达制备Br-Z2/3 dsRNA,显微注射至小菜蛾4龄幼虫进行RNAi,采用qPCR检测RNAi后试虫体内Br-Z2/3及细胞凋亡基因reaper,caspase-9和Gadd45g的表达变化,并观察幼虫死亡和化蛹情况,结果证明Br-Z2/3对小菜蛾正常化蛹至关重要(pp. 141-148)。     

Biolog-Eco解析小菜蛾溴氰菊酯抗感品系肠道微生物群落功能多样性特征

【目的】昆虫肠道微生物对于其食物消化、生长发育以及环境适应性等方面都具有重要作用,本研究旨在探究小菜蛾Plutella xylostella(L.)溴氰菊酯敏感和抗性品系幼虫肠道微生物群落的功能多样性。【方法】采用Biolog-ECO技术对两品系小菜蛾1-4龄幼虫的肠道样品进行分析。【结果】小菜蛾溴氰菊酯敏感和抗性品系的低龄幼虫肠道微生物的代谢活性(AWCD)均高于高龄幼虫,两品系同龄幼虫肠道样品代谢活性类似。两品系样品均能代谢30种供试碳源,均不能代谢羧酸类的2-羟基苯甲酸。敏感品系样品的Shannon指数和Mclntosh指数均高于抗性品系。敏感品系1-3龄幼虫肠道样品的Shannon指数类似,且均高于该品系4龄样品;抗性品系1-4龄幼虫肠道样品的Shannon指数逐渐减小。两品系Mc Intosh指数均为1龄幼虫的最高,2-4龄的相当。【结论】小菜蛾低龄幼虫肠道微生物的生理活性均高于高龄幼虫,同时小菜蛾溴氰菊酯敏感和抗性品系幼虫的肠道微生物在功能多样性上存在差异。     

苹果蠹蛾气味结合蛋白基因CpomOBP20的克隆及表达分析

[目的] 通过克隆苹果蠹蛾气味结合蛋白CpomOBP20基因cDNA序列,分析其序列特征和表达谱,旨在更好地了解OBP基因在苹果蠹蛾生命活动过程中的作用,为该害虫的绿色防控提供理论支撑。[方法] 采用RT-PCR法扩增苹果蠹蛾气味结合蛋白CpomOBP20基因cDNA序列,并使用生物信息学软件对其核苷酸和氨基酸序列进行分析;基于qPCR技术分析CpomOBP20基因在苹果蠹蛾4龄幼虫不同组织(头、血淋巴、表皮、脂肪体、中肠、马氏管和唾液腺)以及雌雄成虫不同末端组织(头、触角、下唇须、喙、足和翅)中的表达情况,利用分子对接研究了CpomOBP20与3种保幼激素的结合能力。[结果] 苹果蠹蛾气味结合蛋白CpomOBP20基因的开放阅读框长459 bp,共编码152个氨基酸,等电点为6.30,蛋白分子质量为16.264 ku,N末端具有20个氨基酸组成的信号肽序列,蛋白质序列中具有6个保守的半胱氨酸残基,属于Classical OBP。序列分析表明,CpomOBP20的氨基酸序列与小菜蛾OBP (XP_011557123.1)的一致性最高,在亲缘关系上更加接近。qPCR结果表明,CpomOBP20基因在苹果蠹蛾4龄幼虫以及雌雄成虫不同组织中均有表达,其中在4龄幼虫的血淋巴中表达量最高,在雌雄成虫表达量最高的分别是翅和足,其次是头部。分子对接结果表明,CpomOBP20与3种保幼激素均具有较好的结合能力,可能参与保幼激素的结合与转运。[结论] 本研究明确了CpomOBP20的核苷酸和氨基酸序列的组成及编码蛋白的理化性质,并推测CpomOBP20的作用可能不仅局限于嗅觉识别,在非嗅觉器官中也可能起着重要的生理作用,为今后更深入地探究气味结合蛋白在苹果蠹蛾生命活动中的作用机理提供数据支撑。     

Impact of flowering buckwheat on Lepidopteran cabbage pests and their parasitoids at two spatial scales

We assessed the potential of annual buckwheat, Fagopyrum esculentum Moench, to lead to improved parasitism of lepidopteran cabbage pests over four years. Pest, parasitism, and hyperparasitism rates were monitored in replicated cabbage plots (12 × 20 m) with or without 3 m wide buckwheat borders from 2000 to 2003. Floral borders did not significantly increase egg, larval, or pupal densities of cabbage looper, Trichoplusia ni (Hübner), imported cabbageworm, Pieris rapae (L.), or diamondback moth, Plutella xylostella (L.). Buckwheat increased parasitism rates by Voria ruralis (Fallen) on T. ni larvae and Cotesia rubecula (Marshall) on P. rapaelarvae over four years. Parasitism by Diadegma insulare (Cresson) on P. xylostella larvae was higher in buckwheat than control plots in the first year, and parasitism by Euplectrus plathypenae (Howard) on T. ni larvae was lower in buckwheat than control plots in the second year. The hyperparasitoid Conura side (Walker) attacked D. insulare all four years, but buckwheat did not affect hyperparasitism rates. The effect of spatial scale on pest densities and parasitism in 2001 was evaluated by comparing plots separated at least 67 m (nearby) versus 800 m apart (isolated). T. ni pupae and P. rapae eggs and pupae were more abundant in plots in closer proximity, whereas P. xylostella densities did not vary by the spatial separation of plots. Tachinids and Pteromalus puparum (L.) attacked more P. rapae in nearby plots. E. plathypenae responded to the treatment × scale interaction, parasitizing more in control than buckwheat when plots were isolated but not when plots were nearby.     

携带与非携带松材线虫的松墨天牛miRNA表达谱比较分析

【目的】松墨天牛是松树的重要蛀干害虫,也是林业重大外来入侵种松材线虫的媒介昆虫。虽然松墨天牛和松材线虫互作的化学生态和分子进化机制受到人们的广泛关注,但miRNA等表观遗传因子在天牛—线虫互作中的作用未见报道。【方法】使用illumina HiSeq 2000平台进行miRNA高通量测序,得到4个携带线虫的天牛miRNA库和4个未携带线虫的天牛miRNA库。此外,对鉴定出的miRNA进行了差异表达分析,并对这些miRNA的靶基因进行了GO注释和KEGG通路富集分析。【结果】在携带线虫的天牛表皮、脂肪体、中肠和气管样本中分别鉴定出780、802、617和762个miRNA;在未携带松材线虫的天牛的不同组织样本中分别鉴定出784、723、713和837个miRNA。在携带松材线虫的松墨天牛中,某些已知miRNA表达量会显著升高,如miR-14、miR279和miR-312等。差异表达miRNA的功能大多指向代谢、免疫等方面。【结论】miRNA在松墨天牛和松材线虫互作中起着重要的调控作用。     

Natural enemies ofPlutella xylostella (Lep.: Plutellidae) on crucifers in Honduras

Three primary parasitoids in three genera were reared fromPlutella xylostella (L.) larvae and pupae collected in various crucifer producing regions of Honduras. The ichneumonidDiadegma insulare (Cresson) was by far the most abundant species. TwoSpilochalcis species, facultative hyperparasitoids attackingP. xylostella andD. insulare, were encountered as well as eleven species in nine genera of obligate hyperparasitoids attackingD. insulare. Three vespid predators are noted as predating on larvae.      

miRNA响应印度梨形孢定殖调控大麦生长发育的作用机制

【背景】内生真菌印度梨形孢(Piriformospora indica)定殖植物可以显著促进植物生长发育。miRNA已被证实在植物体的生长发育中具有调控作用。【目的】揭示印度梨形孢定殖大麦促进大麦生长发育过程中miRNA对印度梨形孢定殖的响应及对大麦生长发育的调控作用。【方法】提取大麦总RNA,实施转录组测序并进行序列比对与数据挖掘;使用高效液相色谱检测大麦生长素等激素水平变化。【结果】印度梨形孢对大麦有显著促生作用;全转录组测序结果显示：印度梨形孢侵染3 d较空白对照有18个差异表达的miRNA,其中11个miRNA上调、7个miRNA下调;侵染7 d与空白对照相比24个差异表达的miRNA,其中11个miRNA上调、13个miRNA下调;侵染3 d与侵染7 d相比有3个miRNA上调、6个miRNA下调。GO功能富集分析与KEGG通路分析显示,差异表达miRNA的靶基因主要参与转录、细胞分裂、生长素信号的感知和转导、光合作用和激素刺激响应。靶基因所参与的途径与大麦生长发育密切相关,暗示miRNA对印度梨形孢定殖过程做出了积极响应。代谢产物分析表明miRNA参与的调控路径的代谢产物发生改变。【结论】本研究以miRNA为入手点,探究了miRNA对大麦生长发育的调控机制,为揭示印度梨形孢的促生机制提供了新的研究方向。     

Identifying MicroRNA and mRNA Expression Profiles in Embryonic Stem Cells Derived from Parthenogenetic, Androgenetic and Fertilized Blastocysts

MicroRNAs (miRNAs) are a class of highly conserved small non-coding RNA molecules that play a pivotal role in several cellular functions. In this study, miRNA and messenger RNA (mRNA) profiles were examined by Illumina microarray in mouse embryonic stem cells (ESCs) derived from parthenogenetic, androgenetic, and fertilized blastocysts. The global analysis of miRNA-mRNA target pairs provided insight into the role of miRNAs in gene expression. Results showed that a total of 125 miRNAs and 2394 mRNAs were differentially expressed between androgenetic ESCs (aESCs) and fertilized ESCs (fESCs), a total of 42 miRNAs and 87 mRNAs were differentially expressed between parthenogenetic ESCs (pESCs) and fESCs, and a total of 99 miRNAs and 1788 mRNAs were differentially expressed between aESCs and pESCs. In addition, a total of 575, 5 and 376 miRNA-mRNA target pairs were observed in aESCs vs. fESCs, pESCs vs. fESCs, and aESCs vs. pESCs, respectively. Furthermore, 15 known imprinted genes and 16 putative uniparentally expressed miRNAs with high expression levels were confirmed by both microarray and real-time RT-PCR. Finally, transfection of miRNA inhibitors was performed to validate the regulatory relationship between putative maternally expressed miRNAs and target mRNAs. Inhibition of miR-880 increased the expression of Peg3, Dyrk1b, and Prrg2 mRNA, inhibition of miR-363 increased the expression of Nfat5 and Soat1 mRNA, and inhibition of miR-883b-5p increased Nfat5, Tacstd2, and Ppapdc1 mRNA. These results warrant a functional study to fully understand the underlying regulation of genomic imprinting in early embryo development.