昆虫海藻糖代谢及其影响因素的研究进展

海藻糖广泛存在于细菌、真菌、动物和植物中。它不仅作为能量储备物质,在外界环境胁迫或内部代谢紊乱时,也可作为保护因子,保护其生命体度过逆境。昆虫海藻糖合成酶与海藻糖酶分别是海藻糖合成与分解的关键酶,合成的海藻糖在海藻糖转运蛋白的帮助下由胞内进入胞外。胰岛素与脂动激素直接参与昆虫糖代谢,保幼激素与蜕皮激素通过和胰岛素与脂动激素通路偶联,间接参与调控昆虫海藻糖代谢。海藻糖代谢途径和昆虫生长发育密切相关,昆虫海藻糖代谢信号通路为开发害虫控制的新靶标提供理论依据。     

海藻糖——昆虫的血糖

海藻糖(trehalose)是由2个葡萄糖分子通过α,α-1,1糖苷键连接的一种非还原性双糖。海藻糖作为昆虫的血糖,对于生物的能量代谢和抗逆等方面具有重要的作用。文章从昆虫海藻糖的发现、海藻糖的化学性质、昆虫中海藻糖的生理作用、代谢途径等方面进行综述,并对昆虫中海藻糖的进一步研究作了展望。     

昆虫海藻糖及其合成酶基因的特性与功能研究进展

海藻糖广泛存在于细菌、真菌、昆虫、无脊椎动物和植物等大量生物中。它不仅可以作为昆虫的能量来源,而且在抗逆等方面起着重要作用。海藻糖合成酶(Trehalose-6-phosphate synthase,TPS)是海藻糖合成过程中的一个关键酶。目前细菌、真菌和植物中都已经被发现和克隆,但其不存在于哺乳动物中。海藻糖是昆虫的"血糖",主要通过海藻糖合成酶和海藻糖-6-磷酸脂酶(Trehalose-6-phosphate phosphatase,TPP)在脂肪体中催化合成。TPS基因所编码的蛋白序列一般都包含两个保守的结构域:TPS和TPP,分别对应着酵母中的Ots A和Ots B基因。昆虫海藻糖合成酶的基因表达和酶活性的变化与昆虫的多项生理过程有着密切的关系,海藻糖合成酶有可能成为控制害虫的新靶标。     

胰岛素受体基因InR调控褐飞虱海藻糖代谢研究

在昆虫中已发现成熟的典型胰岛素信号通路,但是其调控海藻糖代谢途径的机制还未清晰。为探讨胰岛素受体基因在褐飞虱海藻糖代谢平衡及其发育的调控作用,本文采用RNAi技术抑制胰岛素受体(InR)基因的表达,测定处理后海藻糖、糖原和葡萄糖含量及海藻糖酶活变化,并检测InR、类胰岛素多肽(Ilp)、海藻糖代谢途径中关键基因的表达。研究结果表明dsRNA注射后能够显著抑制Ilp和InR基因的表达;InR1低表达后72 h能够显著抑制3种糖类物质的含量;InR表达抑制后72 h可溶性海藻糖酶活性上升,而膜结合型海藻糖酶活性下降;当InR表达受抑制后3个海藻糖酶和2个海藻糖合成酶基因的表达都显著下降。这些结果说明InR能够影响海藻糖等糖类物质的平衡。从而为将来通过调控昆虫血糖平衡来控制害虫提供理论依据。     

昆虫海藻糖酶的基因特性及功能研究进展

海藻糖酶(Treh)是昆虫能量代谢必不可少的一类酶, 亦是昆虫体内几丁质合成通路的第一个酶。其基因表达和酶活性直接与正常发育、 蜕皮、 变态以及繁殖等昆虫重要生理过程密切相关。目前已有多种昆虫的海藻糖酶基因被成功克隆, 从而发现昆虫海藻糖酶基因家族由多个成员组成。海藻糖酶基因所编码的蛋白大多数具有一个信号肽前导区, 部分蛋白拥有1~2个跨膜结构域, 根据是否具有跨膜结构, 可将其分为可溶性海藻糖酶(Treh1)和膜结合型海藻糖酶(Treh2)两类, 膜结合型海藻糖酶具有2个特有的标签序列, 即“PGGRFREFYYWDSY”和“QWDYPNAWPP”。海藻糖酶的主要功能是将胞外和胞内的海藻糖降解成葡萄糖, 为昆虫的生命活动提供能量。具体表现为两个方面, 一是参与昆虫几丁质合成途径, 从而调控表皮、 中肠等处的几丁质合成; 二是通过与激素的协同作用, 调控昆虫体内海藻糖和葡萄糖等糖类物质的浓度变化, 从而有效保护体内细胞的适应并渡过相应的逆境环境, 并提高其抗逆能力。鉴于海藻糖酶的重要功能, 其已成为害虫控制的潜在新靶标。不同类型海藻糖酶的功能研究及酶抑制剂的研发与应用将进一步推动害虫生物防治的发展。     

飞蝗可溶型海藻糖酶基因的序列分析及mRNA表达特性

海藻糖酶是海藻糖代谢过程中的一个关键酶, 在昆虫发育和能量调节中具有重要作用, 为进一步探讨海藻糖酶基因的功能, 本文分析了飞蝗Locusta migratoria一可溶型海藻糖酶基因的氨基酸序列并对其mRNA表达特性进行了研究。结果表明： 该海藻糖酶（TRE, GenBank登录号： FJ795020）不含有跨膜结构。系统进化树分析结果显示, 该酶与大豆蚜Aphis glycines、 豌豆蚜Acyrthosiphon pisum、 褐飞虱Nilaparvata lugens和灰飞虱Laodelphax striatella可溶型海藻糖酶具有较近的亲缘关系, 因此我们将该酶的基因命名为LmTre-1。对该基因在不同组织和发育时期表达量的荧光定量 PCR 分析表明： LmTre-1在卵发育前期、 中期的表达量都很低, 卵发育后期表达量显著提高; LmTre-1在5龄若虫和成虫被检测的组织部位中均有表达, 在体壁中的表达量最高, 其次是在脂肪体、 肌肉、 气管、 精巢及卵巢中; 5龄飞蝗刚蜕皮后LmTre-1在体壁中的表达量较高, 随着生长发育其表达量逐渐降低; LmTre-1在成虫发育期体壁中稳定高表达。LmTre-1的mRNA表达特性与几丁质合成酶1基因非常相似, 据此推测该基因可能与体壁几丁质的合成相关。本研究为深入探讨该基因的生理功能提供了重要的基础数据, 并为以海藻糖酶为杀虫靶标的农药筛选奠定实验基础。     

新型杀虫剂——海藻糖酶抑制素

日本三得利公司正在开发使昆虫不能飞翔的新型杀虫剂,这种称为海藻糖酶抑制素(Trehalosfatin)的物质的作用是能使昆虫飞翔的特种酶--海藻糖酶受到抑制,而且这种高效的酶抑制剂要比迄今为止所有的海藻糖酶抑制剂效果高几十倍到几千倍。现在公司正和kumamoto技术研究所的一个研究小组协作进行开发。     

植物海藻糖代谢及海藻糖-6-磷酸信号研究进展

海藻糖代谢和海藻糖-6-磷酸（T6P）信号途径在植物生长和发育过程中具有重要的调控作用。T6P是海藻糖的代谢前体,是植物响应碳元素可用性、调控生长发育的关键信号分子。植物体中除了自身的海藻糖合成途径外,由病原菌产生的海藻糖或T6P能够导致植物代谢和发育的重新编程。植物不同阶段的生长发育,包括胚胎发育、幼苗生长、成花诱导及叶片衰老等,都受T6P的调控。T6P信号的一个关键互作因子是蔗糖非发酵相关激酶1（SnRKl）,T6P能够抑制SnRK1的催化活性,进而调控植物的生长和发育过程。     

海藻糖的生物合成与分解途经及其生物学功能

海藻糖是一类在干旱、低温、热击或脱水等逆境环境下具有独特抗逆保护作用的二糖,广泛分布于藻类、细菌、真菌和动植物体内。近年来,随着对海藻糖研究的深入,海藻糖已经被广泛应用到食品、医药、化妆品和分子生物学研究等领域。该文简述了海藻糖在生物体内的代谢途径、生物学功能和研究进展,并对灭蚊真菌Pythiumsp.GY1938菌株海藻糖代谢酶基因的研究前景加以展望。     

绿僵菌产海藻糖水解酶培养条件研究

丝状真菌绿僵菌能产生一系列二糖水解酶,其中包括海藻糖水解酶。这些酶在绿僵菌对昆虫的致病过程中起着重要的作用。本文研究了不同碳源、氮源对金龟子绿僵菌Metarhizium anisopliae var. acridum菌株CQMa102产生与分解昆虫血淋巴中海藻糖等二糖相关的海藻糖水解酶活性的影响。结果表明:分别以葡萄糖、麦芽糖、蔗糖、山梨醇和可溶性淀粉为碳源,金龟子绿僵菌均可产生海藻糖水解酶,但最佳碳源是可溶性淀粉,因为由其诱导产生的海藻糖水解酶具有最高的总活性和比活性以及更多的同工酶,山梨醇次之。硝态氮(NaNO₃)作为唯一氮源时,几乎检测不出海藻糖水解酶活性,而铵态氮((NH₄)₂SO₄)或NaNO₃和有机氮(蛋白胨和酵母浸膏)混合氮源作氮源时,海藻糖水解酶活性都很高。在绿僵菌菌丝提取液和滤液的海藻糖水解酶活性比较中发现:CQMa102在多数碳源的培养基中产生的海藻糖水解酶主要分泌到培养基中,仅有少数结合在细胞壁上。     

蓖麻蚕在变态期间代谢作用的研究——Ⅱ.海藻糖酶的性质及其在代谢中的作用

本文以蓖麻蚕蛹化前后各虫期为材料,通过对不同组织中海藻糖酶活力及其糖含量的测定,结果发现了:1)血淋巴海藻糖酶活力仅在眠期蜕皮过程显现,其它虫期该酶不表现活力;2)海藻糖酶抑制物仅存在于血淋巴中,抑制物的存在虽然使海藻糖酶经常处于不活动状态,但后者却具有一定的潜在活力;3)饥饿能促使对海藻糖酶抑制的解除,随着酶活力的显现,此血糖的含量水平不断下降;4)消化道中海藻糖酶的分布依次为中肠>后肠>前肠,酶活力随幼虫进食而增加,吐丝以后显著下降;5)血淋巴和脂肪体中糖代谢与海藻糖酶活力变化之间存在一定的联系。文中明确了不同组织中海藻糖酶活力变化在昆虫糖代谢中的作用,并讨论了它的生理意义。     

几种植物源化合物对棉铃虫海藻糖酶活性及相关碳水化合物含量的影响

碳水化合物对昆虫的能量代谢和物质合成具有重要的作用。本研究选用2种一般性生物碱（氢溴酸东莨菪碱和烟碱）以及2种β-葡萄糖苷类化合物（七叶灵和皂角苷）, 研究其在不同浓度下对棉铃虫Helicoverpa armigera (Hübner)幼虫体内海藻糖酶活性及相关碳水化合物代谢的影响。结果表明: 用饲喂法处理3龄幼虫96 h后, 皂角苷对棉铃虫幼虫的活体抑制效果明显, 且随添加物浓度增高, 棉铃虫死亡率上升, 10, 20, 40 g/L浓度下棉铃虫的均重分别是0.194, 0.089和0.034 g, 分别为对照的86.99%, 39.91%和15.24%。对海藻糖酶活性及其相关代谢酶的测定结果表明, 2种苷类化合物显著抑制中肠海藻糖酶活性, 饲喂40 g/L皂角苷的试虫中肠海藻糖酶比活力仅是对照组的54.21%; 饲喂30 g/L七叶灵的试虫中肠海藻糖酶比活力为对照组的83.73%。而2种生物碱类化合物显著抑制血淋巴和脂肪体中海藻糖酶活性, 20 g/L氢溴酸东莨菪碱对棉铃虫血淋巴和脂肪体组织的海藻糖酶活性抑制率分别为7.24%和71.43%; 而20 g/L烟碱对试虫血淋巴和脂肪体组织的海藻糖酶活性抑制率为26.29%和33.44%。用氢溴酸东莨菪碱、 烟碱和七叶灵处理试虫后, 血淋巴海藻糖含量都有所增高。4种化合物能够导致试虫糖原磷酸化酶活性变化, 其中, 皂角苷在中肠和脂肪体表现为显著抑制作用, 而随外源化合物浓度变化, 糖原含量和糖原磷酸化酶活性表现为此消彼长关系。饲喂4种植物源化合物的试虫血淋巴中葡萄糖浓度变化和其海藻糖变化一致。本研究证明β-葡萄糖苷类化合物是海藻糖酶抑制剂, 在作为先导化合物进行农药创制开发方面具有重要意义。     

海藻糖对微生物谷氨酰氨转胺酶热稳定性研究

本实验目的是研究海藻糖对微生物谷氨酰胺转胺酶（TGase）热稳定性的作用。糖类对TGase的保护作用根据糖种类不同有所差异,海藻糖和蔗糖的保护作用优于葡萄糖对TGase的保护作用。在45℃、50℃、55℃、60℃、65℃下研究了海藻糖对TG酶的保护作用。结果表明,在50～65℃下海藻糖使谷氨酰胺转胺酶受热时的稳定性提高了约20％。海藻糖与酶复合的最合适浓度约为14％,浓度低时保护作用不明显,加入过高浓度的糖对酶的活性维持不利。50℃下处理一段时间内,海藻糖对酶的保护作用随时问变化很小。     

海藻糖合酶的分子生物学研究进展

海藻糖合酶能够将麦芽糖转化为海藻糖,在海藻糖的工业生产中具有十分重要的意义。本文从海藻糖合酶的基因克隆、基因工程应用、结构和催化机制的研究以及其在微生物体内的功能等方面讨论了海藻糖合酶的研究进展。     

海藻糖介导的信号转导与植物抗逆性

海藻糖是一种非还原性二糖,它广泛存在于细菌、真菌、酵母、昆虫、无脊椎动物和植物等生物体内。海藻糖不仅作为碳水化合物的储备,而且还是一个多功能分子。海藻糖作为一种信号分子,启动信号转导级联反应,改变基因表达和酶的活性,与激素也有一定的关系。采用基因工程和通过外源施加的方法增加海藻糖在植物体内的积累可以提高植物的抗逆性,这为提高农作物的抗逆性提供了新的策略。     

合成海藻糖的新型非磷酸化酶

九十年代中期以后非磷酸化合成海藻糖的新酶系列及相关微生物(多为极端微生物)被发现,不同菌株纯化得到的新酶虽在专一性及酶特性方面存在差异,但均为非磷酸化酶。基因测序及同源性分析表明这些新酶与淀粉酶家族具有很强的同源性。一些文献报道了这些新酶合成海藻糖的作用机制,基本证实酶Ⅰ(MTSase、GTase和TSase)的分子内转糖基作用及酶Ⅱ(MTHase和Amylase)对麦芽寡糖基海藻糖的专一性内切作用,但这些新酶的作用机制仍需深入研究。     

干旱和低温胁迫影响烟草幼苗海藻糖代谢的差异比较

为了明确海藻糖代谢在干旱和低温胁迫下的响应及其差异,以及海藻糖在烟草耐旱和耐冷性中的作用,选用烟草品种云烟203幼苗为实验材料,通过对烟草幼苗进行干旱和4℃低温胁迫处理,研究叶片中海藻糖含量及代谢相关酶(海藻糖-6-磷酸合成酶TPS、海藻糖-6-磷酸磷酸酶TPP、海藻糖酶THase)活性及基因表达变化情况。结果表明,在干旱和低温胁迫下,海藻糖含量表现出先升高后降低趋势,均在处理2 d时海藻糖积累达到最大,且干旱胁迫下海藻糖含量高于低温胁迫。TPS、TPP活性在干旱和低温胁迫下先升高后降低,且干旱高于低温;THase活性在干旱和低温胁迫下均不断升高,低温下的THase活性高于干旱。TPS、TPP、THase基因在干旱下的表达量均高于0 d对照,低温下低于0 d对照。以上结果表明,干旱和低温胁迫均能促使烟草体内海藻糖的积累,干旱更能诱导相关基因的表达、相关酶活性及海藻糖含量的升高,表明海藻糖对干旱响应更敏感。     

感染布氏白僵菌后油松毛虫血淋巴中海藻糖酶活性、海藻糖和葡萄糖含量的变化

为了揭示病原真菌白僵菌Beauveria侵染昆虫过程中如何利用虫体内糖类物质作为自身营养, 本研究测定了布氏白僵菌Beauveria brongniartii (Sacc.) Petch （2382菌株）感染油松毛虫Dendrolimus tabulaeformis Tsai et Liu幼虫后, 虫体血淋巴中酸性海藻糖降解酶活性及海藻糖和葡萄糖含量的变化。油松毛虫4龄幼虫感染菌株孢子悬浮液后, 血淋巴中酸性海藻糖降解酶的活性明显高于对照组, 感染后第3天酶活性达到最大值（0.2786 U/mg）, 此后第4-6 天酶活性逐渐降低; 染菌后的6 d中, 血淋巴中海藻糖含量显著低于对照组, 同样在感染后第4天其含量逐渐降低, 第6天时降到最低值。相比之下, 处理组血淋巴中的葡萄糖含量显著高于对照组; 处理组其含量在第1-3天内呈现快速升高趋势, 在第3天达到最大值（7.7615 mmol/L）, 然后逐渐降低。结果说明, 白僵菌侵入昆虫血淋巴后, 菌株代谢产生酸性海藻糖降解酶, 将血淋巴中的海藻糖水解成为葡萄糖, 然后为真菌利用, 破坏了虫体内的血糖平衡, 这是一个相互连接的生理代谢和生化反应过程。     

海藻糖合酶的研究进展

海藻糖是一种天然存在的非还原性二糖, 对生物膜和蛋白质等大分子有独特的保护作用, 在食品、医药、化妆品等多个领域中都有广泛的发展空间。海藻糖合酶(TreS)是一类分子内转糖苷酶, 专一性地以麦芽糖为底物, 一步转化生成海藻糖, 操作工艺简单、底物价格低廉、应用前景良好。本文综述了海藻糖合酶的酶学性质、催化机理、基因工程以及目前存在的主要问题和拟解决方案。     

海藻糖合成酶活性受固定化处理过程影响的研究*

在麦芽糖苷基海藻糖合成酶(MTSase)和麦芽糖苷基海藻糖水解酶(MTHase)双酶的作用下,淀粉可转化为海藻糖,但是其转化率较低。中采用多种固定化载体进行酶固定化研究,发现通过经戊二醛与壳聚糖交联后的载体与酶液作用,可吸附与海藻糖合成无关的杂酶和杂质,从而提高海藻糖合成酶的活性。通过比较固定化过程中与反应条件中多个因素的影响,得到了如下最佳作用条件：将酶液与经3％戊二醛交联18h后的滤纸作用18h,再与10％的淀粉溶液反应9h,与未经固定化作用比较,海藻糖的产率提高10倍,达到27．22g／L转化率从5．33％提升到54．43％。