昆虫体内的天然屏障——围食膜

昆虫围食膜是由昆虫中肠上皮细胞分泌的非细胞薄膜状结构,主要成份是几丁质、蛋白质和多糖,是昆虫抵御外界侵害的第一道天然屏障,能够保护中肠上皮细胞不受机械损伤并且能够抵御病毒、细菌及其他有害物质,防止化学损伤.昆虫病毒增效蛋白、荧光增白剂和几丁质酶等生物防治促进因子通过与围食膜上特异位点的结合,能够破坏围食膜结构,加速病原微生物对害虫的感染进程.就围食膜组分、结构、功能以及与害虫防治的关系等方面的研究进展进行综述,并且论述了以围食膜为害虫生物防治靶标的应用前景.     

昆虫围食膜的研究进展

围食膜是大多数昆虫中肠内的半透性薄膜 ,主要由几丁质、蛋白质构成。依据其形成的方式分 :Ⅰ型围食膜 ,由整个中肠细胞分泌形成多层管状膜 ;Ⅱ型围食膜由中肠前端特殊的细胞分泌成连续的套筒管状膜。由于位于食物与中肠上皮细胞间而在中肠生理中起重要作用 ,围食膜保护中肠上皮免于机械损伤以及病原菌、毒素的入侵 ;作为半透膜以及将中肠分为不同的区室而在营养物质的消化和吸收中具有重要作用。该文综述了有关围食膜结构、组分、功能、通透性以及与害虫防治的关系等方面的研究进展。     

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。     

棉铃虫围食膜蛋白的电泳分离技术

比较了棉铃虫Helicoverpa armigera(Hübner)围食膜不同处理方法,不同围食膜数量,在不同电泳下的分离效果,筛选最佳的围食膜蛋白分离技术。结果表明:冷冻干燥与非冷冻干燥处理围食膜后进行SDS-PAGE电泳分离效果基本相同,建议使用冷冻干燥后处理较好。取1、3、5条围食膜进行SDS-PAGE电泳,都能将围食膜蛋白分离,且分离效果基本一致,建议5条围食膜最合适,具有可靠性和代表性。浓缩胶为5%、分离胶分别为8%、10%和12%时棉铃虫围食膜的SDS-PAGE电泳分离效果差异不大,而分离胶为12%时效果较好。无水三氟利克酸处理围食膜后进行NuPAGE电泳,分离出的围食膜蛋白大约30多种,远远超过上述方法分离的16²0种,且需要的围食膜材料少,分离效果最佳,但费用高。     

两个对浓核病毒(镇江株)具感性差异的家蚕品种的血液和围食膜蛋白的比较

家蚕品种间对浓核病毒(镇江株)具有不同的感染性,为了进一步探明家蚕对浓核病毒(镇江株)感性差异的分子机制,本文运用蛋白质电泳和质谱技术比较分析了两个对家蚕浓核病毒(镇江株)感性和抗性的近等基因系家蚕品种JS和NIL的血液和围食膜组织蛋白.结果表明:这两个家蚕品种的血液和围食膜组织蛋白组成差异很小.在血液组织蛋白中发现5个差异蛋白点,其中家蚕品种JS血液中有两个差异蛋白,可能分别为酪蛋白激酶和新型组织蛋白;在NIL血液组织中发现3个差异蛋白点,其中两个可能分别为线粒体延伸因子和类丝氨酸蛋白酶,另外1个的含量极显著高于JS,为血淋巴蛋白.在围食膜蛋白中共发现4个差异蛋白点,其中JS围食膜中有1个差异蛋白可能为新型组织蛋白;其余3个蛋白点在含量上相互间存在显著差异.本研究根据组织差异蛋白的功能初步推测家蚕对浓核病毒(镇江株)感性差异与血液蛋白差异无显著相关,与围食膜蛋白差异可能有关.     

棉铃虫围食膜的蛋白质组鉴定

【目的】围食膜(peritrophic membrane, PM)是昆虫抵御随食物摄入的病原微生物入侵的第一道天然屏障。本研究旨在鉴定出农业重大害虫棉铃虫Helicoverpa armigera围食膜的总蛋白成分,为进一步揭示昆虫围食膜的形成机制及研发新颖的害虫控制策略奠定基础。【方法】剥离棉铃虫5龄幼虫PM,用三氟甲磺酸(trifluoromethane sulfonic acid, TFMS)处理,采用液质联用技术(LC-MS/MS)鉴定围食膜蛋白质组,然后对鉴定结果进行生物信息学分析。【结果】本研究共鉴定出棉铃虫幼虫围食膜蛋白质169个,是目前鉴定最多的棉铃虫围食膜蛋白。通过GO分析,可以将这些鉴定的蛋白分为细胞组分、分子功能和生物学过程三大类;KEGG富集结果显示,鉴定蛋白可以富集在12条代谢通路中;蛋白互作分析(protein protein interaction, PPI)结果表明,以ACC和CG3011等蛋白为核心可以形成蛋白互作网络。【结论】本研究鉴定了169个棉铃虫幼虫围食膜蛋白质,并对其进行了GO, KEGG和PPI分析,结果有助于人们全面理解昆虫围食膜的分子结构和功能。     

甜菜夜蛾围食膜的蛋白质组鉴定

[目的]甜菜夜蛾Spodoptera exigua是农业的重要害虫,为害我国蔬菜等农作物的生长.围食膜(Peritrophic membrane,PM)是昆虫体内的第一道屏障,有助于昆虫食物消化过程和保护昆虫避免细菌或病毒的侵染.本研究选取甜菜夜蛾为实验对象,通过鉴定围食膜的总蛋白成分,为探讨围食膜与病原菌相互作用的生理机制奠定基础.[方法]选用人工饲料饲养的甜菜夜蛾5龄幼虫,剥离幼虫围食膜,利用强变性剂三氟甲磺酸(Trifluoromethane-sulfonic acid, TFMS)处理,并对围食膜蛋白进行质谱鉴定和生物信息学分析,使用BLAST鉴定蛋白的同源性,探究基因水平转移现象.[结果]本研究共鉴定出199个围食膜蛋白.这些鉴定的蛋白可富集于84条GO term(P＜0.05);此外,所鉴定的蛋白可被注释到KEGG的73条代谢通路中,并能形成多个蛋白互作网络,分别参与能量代谢、蛋白水解、过氧化氢代谢、免疫等多种过程.同时,鉴定出与抗逆性相关蛋白,具有解毒代谢等功能,提高昆虫对农药和恶劣环境的抗性.[结论]本研究对鉴定出的199个围食膜蛋白进行分析,初步揭示围食膜潜在的生物学功能,并提出一些害虫控制思路,为新型杀虫剂的研发提供了理论基础.     

甜菜夜蛾围食膜肠粘蛋白基因SeM-8的克隆、序列分析及在不同组织中的表达检测

昆虫肠粘蛋白（invertebrate intestinal mucin, IIM）是围食膜（peritrophic membrane, PM）的重要蛋白组分之一,在保护昆虫免受微生物侵染方面起着非常重要的作用。本研究以甜菜夜蛾Spodoptera exigua 5龄幼虫中肠总RNA为模板,根据已知的甜菜夜蛾肠粘蛋白SeIIM-8基因的cDNA序列（GenBank登录号：ABW06596）设计引物,利用RT-PCR技术扩增得到甜菜夜蛾肠粘蛋白基因SeM-8,序列分析发现其开放阅读框（open reading frame, ORF）长2 703 bp,编码900个氨基酸残基,预测分子量为95.7 kDa。序列分析表明,其氨基酸序列（GenBank登录号：GU255994）与棉铃虫Helicoverpa armigera（Hübner）,粘虫Mamestra configurata和小菜蛾Plutella xylostella肠粘蛋白的一致性分别为48%,49% 和45%。Western blot分析结果表明,SeM-8粘蛋白在甜菜夜蛾即将孵化的卵和5龄幼虫的围食膜、中肠和粪便中都有存在,在5龄幼虫马氏管、脂肪体、唾腺、血淋巴等组织部位没有发现。本研究为进一步研究IIM结构和功能,寻找生物防治新靶标奠定了理论基础。     

天然产物梣酮对粘虫围食膜的影响

【目的】梣酮是从芸香科植物白鲜Diatamnus dasycarpus根皮中分离出的一种化合物, 对试虫表现出胃毒活性。本研究旨在检测梣酮对粘虫Mythimna separata 6龄幼虫中肠围食膜的影响, 从而进一步阐明梣酮的杀虫作用机理。【方法】经活体及离体处理, 通过生化分析和扫描电镜观察等方法, 研究了梣酮处理对粘虫幼虫中肠围食膜糖含量, 蛋白质含量和组分以及围食膜表面结构的影响。【结果】梣酮(20 mg/mL)活体处理降低了粘虫6龄幼虫围食膜的蛋白质含量, 却使糖含量升高。活体(20 mg/mL梣酮)及离体(8 mg/mL梣酮)处理条件下, 围食膜糖含量分别为对照组的1.75倍及2.17倍。SDS-PAGE结果显示, 离体及活体条件下经梣酮处理, 围食膜部分蛋白质降解。围食膜解剖扫描电镜观察表明, 梣酮处理可造成围食膜微纤丝排列紊乱。【结论】天然产物梣酮处理对粘虫中肠围食膜的糖含量及蛋白质含量和组分有影响,且改变了围食膜表面结构。本研究为深入地研究梣酮杀虫作用机理奠定了基础。     

An easy,inexpensive, and sensitive method for the quantification of chitin in insect peritrophic membrane by image processing

ABSTRACT

Chitin, poly (β-(1→4)-N-acetyl-d-glucosamine), is an important biopolymer for insects that is utilized as a major component of peritrophic membrane. The chitin content in peritrophic membrane is of expedient interest from a pest control perspective, although it is hard to quantify chitin. In this study, we establish a facile method for the quantification of chitin in peritrophic membrane by image processing. In this method, chitin was indirectly quantified using chitosan–I₃^? complex, which exhibited a specific red-purple color. A calibration curve using a chitosan solution showed good linearity in a concentration range of 0.05–0.5 μg/μL. We quantified the amount of chitin in peritrophic membrane of Spodoptera litura (Lepidoptera: Noctuidae) larvae using this method. Throughout the study, only common inexpensive regents and easily attainable apparatuses were employed. This method can be easily applied to the sensitive quantification of the amounts of chitin and chitosan in materials by wide range of researchers.

Abbreviations: LOD: limit of detection; LOQ: limit of quantification; ROI: region of interest; RSD: relative standard deviation.     

华北大黑鳃金龟两种围食膜蛋白cDNA的分子克隆与序列分析

本文以华北大黑鳃金龟Holotrichia oblita中肠为材料,依据Stratagene公司文库构建试剂盒方法,构建其中肠cDNA表达文库,该文库滴度为1.9×106 pfu/mL,重组率为99.97%。依据现代免疫学原理,利用棉铃虫Helicoverpa armigera围食膜蛋白多克隆抗体筛选文库,得到两个编码华北大黑鳃金龟围食膜蛋白的cDNA克隆Ho-Peritrophin1与Ho-Peritrophin2,其cDNA长分别为2 385 bp和1 633 bp,在PolyA末端上游各有3个多聚腺苷酸信号序列AATAAA,最长开放阅读框(ORF)分别编码729个和477个氨基酸,与粉纹夜蛾Trichoplusia ni CBP2(chitin binding protein 2)的相似性最高,分别为21.9%和19.1%。结构域分析表明,Ho-Peritrophin1与Ho-Peritrophin2分别具有9个和6个几丁质结合功能域,只含有较少的O-糖基化位点,不含有类粘蛋白结构域。胰蛋白酶和胰凝乳蛋白酶对两种蛋白的作用位点主要位于几丁质结合功能域(chitin binding domain, CBD)内部,而因受几丁质结合功能域保护,这两种蛋白能够抵抗这些蛋白酶的降解。与正常CBD比较,这两种蛋白C端的CBD只含有4个Cys,只在第1与第3、第4与第5个Cys之间形成两对二硫键,缺少由第2与第6个Cys形成的二硫键。推测其N端还应包括信号肽序列和几丁质结合功能域的未知序列。     

转基因昆虫的应用研究进展

综述转基因昆虫技术的应用研究:转基因昆虫为农林害虫的防治提供了新策略,为削弱媒介昆虫传播能力提供了新方法;该技术已成为一种重要的分析基因功能的实验工具;同时转基因昆虫还是生产高附加值蛋白和昆虫自身改良的重要手段之一,文章还对转基因昆虫的应用前景作了展望。     

光增白剂对甜菜夜蛾围食膜结构的作用与影响

应用环境扫描电镜和生化技术研究了甜菜夜蛾Spodoptera exigua正常围食膜和光增白剂M2R处理围食膜的形态、结构和组成。结果表明：正常的围食膜表面光滑致密、无孔洞和缝隙;光增白剂处理的围食膜产生了孔缝。正常围食膜所含蛋白质的种类很多,经SDS-PAGE测定至少有17条多肽,分子量多在97.4kD以下,围食膜蛋白质的含量约为41.98%,糖的含量约为2.05%。光增白剂可以解离大部分围食膜蛋白,液滴法喂食幼虫蓝色葡聚糖2000 进一步证实了光增白剂能破坏围食膜的完整性。     

昆虫嗅觉结合蛋白研究进展

嗅觉结合蛋白是嗅觉系统的第一个参与者,主要表达在嗅觉外周系统淋巴液中,负责识别、结合和转运气味和信息素分子到达嗅觉受体.近些年,随着各种生物新技术的应用,大量昆虫嗅觉结合蛋白被鉴定出来,其各种不同功能得到揭示.本文对近年来嗅觉结合蛋白的分子特征、蛋白结构、功能和应用等方面的研究进展进行总结和综述.总的来说,嗅觉结合蛋白...     

昆虫化学感受蛋白(CSPs)的功能研究概述

昆虫的嗅觉系统与其各项生命活动息息相关,化学感受蛋白(CSPs)是嗅觉系统中的重要组成部分,可以结合气味或信息素分子,并传递给嗅觉受体,完成嗅觉相关功能。随着分子生物学技术和测序手段的不断发展,越来越多的昆虫CSPs得到鉴定。CSPs在昆虫体内广泛分布于触角、跗节、下颚须等化学感受器官,同时也在表皮、腹部、体躯等非感受器官大量表达,具有感知化学分子的功能并且与昆虫生长、发育、繁殖等生理功能及昆虫对杀虫剂的抗性相关。本文通过从CSPs的发现和命名、分子特性、结构及分布等方面展开综述,着重介绍CSPs的气味分子识别作用机制、抗药性机制及功能分类,以期为今后利用CSPs作为靶标防治害虫提供参考。     

Identification of the Mamestra configurata (Lepidoptera: Noctuidae) peritrophic matrix proteins and enzymes involved in peritrophic matrix chitin metabolism

The peritrophic matrix (PM) is essential for insect digestive system physiology as it protects the midgut epithelium from damage by food particles, pathogens, and toxins. The PM is also an attractive target for development of new pest control strategies due to its per os accessibility. To understand how the PM performs these functions, the molecular architecture of the PM was examined using genomic and proteomic approaches in Mamestra configurata (Lepidoptera: Noctuidae), a major pest of cruciferous oilseed crops in North America. Liquid chromatography‐tandem mass spectrometry analyses of the PM identified 82 proteins classified as: (i) peritrophins, including a new class with a CBDIII domain; (ii) enzymes involved in chitin modification (chitin deacetylases), digestion (serine proteases, aminopeptidases, carboxypeptidases, lipases and α‐amylase) or other reactions (β‐1,3‐glucanase, alkaline phosphatase, dsRNase, astacin, pantetheinase); (iii) a heterogenous group consisting of polycalin, REPATs, serpin, C‐Type lectin and Lsti99/Lsti201 and 3 novel proteins without known orthologs. The genes encoding PM proteins were expressed predominantly in the midgut. cDNAs encoding chitin synthase‐2 (McCHS‐2), chitinase (McCHI), and β‐N‐acetylglucosaminidase (McNAG) enzymes, involved in PM chitin metabolism, were also identified. McCHS‐2 expression was specific to the midgut indicating that it is responsible for chitin synthesis in the PM, the only chitinous material in the midgut. In contrast, the genes encoding the chitinolytic enzymes were expressed in multiple tissues. McCHS‐2, McCHI, and McNAG were expressed in the midgut of feeding larvae, and NAG activity was present in the PM. This information was used to generate an updated model of the lepidopteran PM architecture.