分子系统学研究进展

分子系统学 ( molecular systematics)是近 30年发展起来的一门综合性前沿学科 ,它在分子水平上对生物进行遗传多样性、分类、系统发育和进化等方面的研究 ,其研究结果对于保护生物多样性 (尤其是遗传多样性 ) ,揭示生物进化历程及机理具有十分重要的意义。1　分子系统学的定义及发展简史分子系统学是通过检测生物大分子包含的遗传信息 ,定量描述、分析这些信息在分类、系统发育和进化上的意义 ,从而在分子水平上解释生物的多样性、系统发育及进化规律的一门学科。它以分子生物学、系统学、遗传学、分类学和进化论为理论基础 ,以分子生物学…     

飞蝗型变分子机理研究前沿

飞蝗的型变是重要的科学问题,也是防治害虫的理论基础。近年来,我国昆虫学家围绕飞蝗型变的分子机制方面取得一系列开创性的工作进展,鉴定了多个飞蝗型变的关键基因及其生物学功能,提出了飞蝗型变的分子机制。这些研究成果在PNAS,PLoS Genetics,Genome Biology,Bioinformatics,Insect Molecular Biology,Journal of Insect Physiology,PLoS One等国际著名刊物发表,极大地提高了我国在该领域的研究水平,为今后彻底解决飞蝗型变这一科学难题奠定了基础。     

飞蝗的种群遗传学与亚种地位

飞蝗是一种重大农业害虫,其分布范围几乎覆盖了东半球的整个温带和热带地区。由于飞蝗的远距离迁移习性,不同地理种群间的基因交流非常复杂。基于形态学特征,飞蝗曾被建议划分为13个亚种。然而,这些亚种的分类地位一直存有争议,不同亚种或地理种群间的亲缘关系也不十分清楚。近年来飞蝗分子谱系地理学研究的开展,尤其是基于线粒体基因组序列的研究,为飞蝗的种群遗传关系提供了全新的观点。线粒体基因组研究结果表明,飞蝗起源于非洲,通过南北2个主要线路扩散到整个旧世界。分子证据证明世界范围内仅有2个飞蝗亚种,分布于欧亚大陆温带地区的飞蝗属于亚洲飞蝗Locusta migratoria migratoria,分布于非洲、大洋洲和欧亚大陆南部地区的飞蝗属于非洲飞蝗L.m.migratorioides,所有其它的亚种和地理宗都是这2个亚种的地理种群。文中就飞蝗的种群遗传学、亚种分类的研究历史和研究进展进行了综述,还就许多飞蝗地理种群的谱系地理关系进行了讨论。     

毛茛科分子系统发育研究进展

毛茛科(Ranunculaceae)在被子植物的系统演化中占有十分重要的地位,其系统位置和科下演化关系一直备受争议。近20多年的分子系统学研究表明,以往基于形态学的分类系统与分子系统学研究结果存在巨大差异。通过形态学性状界定的绝大多数亚科都没有得到分子系统学支持。此外,通过形态学确定的一些属如升麻属(Cimicifuga)、黄三七属(Souliea)、獐耳细辛属(Hepatica)、白头翁属(Pulsatilla)和水毛茛属(Batrachium)等,根据分子系统学研究均应予以归并。而分子系统学研究也确立了一些类群的属级地位,如露蕊乌头属(Gymnaconitum)等。以中国分布的毛茛科植物为例,通过以往分子系统学研究,共有10个属被归并,2个属新被确立。然而,毛茛科分子系统学研究对于科下许多类群之间的关系目前仍然没有得到很好的解决,如毛茛亚科和翠雀族等类群的系统发育关系仍需要进行深入研究后方能确定。该文对近年来国内外有关毛茛科的分子系统学研究进展进行了综述,并对该科尚存的一些问题和未来的研究方向进行了讨论。     

鲸类保护遗传学研究进展

简要介绍了mtDNA的PCR直接测序、微卫星microsatellite DNA分型、组织相容性复合体（major histocompatibility complex,MHC)分析等DNA分子标记技术在鲸类遗传变异、种群结构、进化历史、个体识别、亲缘鉴定及系统分类等保护遗传学领域的应用。     

烟曲霉毒力因子的研究进展

本文综述了烟曲霉粘附因子,胞外蛋白酶,代谢酶,毒素分子等在侵袭性感染中的作用。同细菌相比,这种条件致病菌目前鉴定出的毒力因子还很少,利用分子遗传学新技术,新方法,改良,规范动物模型,可能有助于这方面研究的突破。     

鱼类线粒体DNA及其研究进展

鱼类是脊椎动物中最原始而在种属数量上又最占优势的类群,其起源复杂,分布广泛,拥有丰富的遗传多样性。鱼类线粒体DNA(mitochondrial DNA,mtDNA)同其他脊椎动物的mtRNA一样,呈共价闭合环状,是细胞核外具自主复制、转录和翻译能力的遗传因子。与核DNA相比,鱼类mtDNA具有分子较小、结构简单、进化速度快、遗传相对独立性和母系遗传等特点,是一个相对独立的复制单位。由于鱼类线粒体DNA具有上述特点,以mtDNA作为分子标记,探讨鱼类的群体遗传结构与系统演化,已成为鱼类分子群体遗传学和系统学研究中的热点。综述了鱼类mtDNA的结构特征、进化和多态性检测方法及其在鱼类分子群体遗传学和鱼类系统学研究中的应用。     

飞蝗嗅觉的细胞与分子机制研究进展

生命的进化依赖于其周边的化学环境,通过对这些化学物质的感受,适应环境,生命得以繁衍。直到现在,各种有机体仍然保留着这种古老而有效的感知方式。飞蝗是世界性的农业大害虫,其很多行为如远距离迁飞、聚集、取食、产卵等是其造成灾害的重要生物学因素,而这些行为都与其感受化学信息相关。深入研究飞蝗感受化学信息的机制对于揭示生物感受化学信息的分子和细胞机制的多样性,设计出可以激发或钝化这些蛋白质的引诱剂或忌避剂,进而防治害虫等具有重要意义。该文主要介绍了该课题组在东亚飞蝗(Locusta migratoria manilesis)感受化学信息机制方面的一些进展。通过超微结构研究发现在飞蝗触角上至少有毛形、锥形、腔锥形和刺形4种类型的化学感受器,明确了各种感受器的超微结构特征,其中毛形和锥形是重要的嗅觉感受器。以此为基础,单感受器电位记录试验结果表明飞蝗触角上的毛形感受器至少有7种功能亚型,其中5种亚型每个感受器含有2个神经原,2种亚型每个感受器含有3种神经原。初步明确了飞蝗毛形感受器神经原对一些化学信息的编码特征。在飞蝗的触角中鉴定出了飞蝗气味分子结合蛋白(LmigOBP1),通过免疫细胞化学定位实验证明该蛋白特异表达在飞蝗毛形和锥形感受器的淋巴液中,而且在胚胎即将孵化前就开始表达,此后在各个胚后发育时期都表达,说明该蛋白可能参与飞蝗胚后发育的所有阶段的嗅觉活动。采用荧光竞争结合实验方法,明确了LmigOBP1对有15～17个碳原子的直链的脂肪族醇、酯或醛有很强的亲和力,说明该蛋白有结合特异性。采用生物信息学技术模拟出了更为合理的LmigOBP1的三维结构,通过对接实验,提出了飞蝗气味分子结合蛋白结合腔中可能参与结合十五醇的氨基酸残基。之后通过定点氨基酸突变将59位的丝氨酸、74位的天冬酰氨和87位的缬氨酸分别用丙氨酸替代获得三个突变体蛋白(S59A、N74A、V87A),通过与野生型蛋白荧光竞争结合实验结果的比较,发现突变体S59A的结合模式与野生型相同,N74A几乎丧失了全部结合能力,而V87A则对有些气味分子的结合能力有较大改变。因此,位于结合腔开口处的74位天冬酰氨是该蛋白的重要结合位点,而位于结合腔底部的87位缬氨酸也是结合位点。结合前人的结果,我们首次提出了昆虫气味分子结合蛋白依赖位于结合腔开口处的亲水性氨基酸实现对气味分子的初始识别的假说。文章最后对今后研究的一些重点进行了讨论。     

蝗虫分子系统学研究进展

本文从遗传多样性、近缘种鉴别以及分子进化和系统发育重建 3个方面综述了蝗虫分子系统学的研究进展。     

蚂蚁分子系统学研究进展

蚂蚁是分布广泛、种类和数量丰富的社会性昆虫.蚂蚁的传统分类学研究存在一定局限性,而分子生物学为蚂蚁的系统学研究提供了新途径.概述了蚂蚁分子系统学在研究内容和技术方法上的研究进展,并对今后的研究做了展望.     

东亚飞蝗行为和形态型变的判定指标

通过田间、室外罩笼、室内行为测试等一系列实验,研究了东亚飞蝗群居型和散居型之间的行为和形态差异。确立了东亚飞蝗不同生态型个体的形态和行为指标．结果表明,雌雄散居型蝗蝻每分钟的跳跃次数均在1．4以下,转向次数分别在1．3和1．4以下;雌雄群居型蝗蝻每分钟的跳跃次数均在1．6以上,转向次数分别在1．6和1．5以上．群居型蝗虫的跳跃次数、转向次数显著高于散居型蝗虫。所以跳跃次数、转向次数可作为东亚飞蝗行为型变判定指标．在同型不同性别的蝗虫之间行为型变指标没有显著差异．F／C值可作为4龄以上东亚飞蝗的形态型变判定指标。而E／F值可作为东亚飞蝗成虫的形态型变判定指标．两型的F／C值都随龄期的增长而增加,且同龄期雄虫F／C均大于雌虫F／C．F／C、E／F值在不同型态和同型不同性别间均存在极显著差异．因此,确定两型形态型变标准时应将雌、雄虫分开,即雌性和雄性散居型第4、5龄及成虫的F／C值分别大于2．5、2．8、3．3和2．6、2．9、3．5;雌性和雄性群居型第4、5龄及成虫的F／C值分别小于2．5、2．7、3．1和2．5、2．8、3．3．成虫的E／F值也可以作为成蝗形态型变的判断指标．     

白洋淀东亚飞蝗持续大发生浅析

进入 90年代以来 ,白洋淀蝗区东亚飞蝗Locustamigratoriamanilensis(Meyen)持续大发生 4次 ,是50年来十分罕见的。究其原因 ,主要受白洋淀水位变化的影响 ,其中 8月水位的高低直接影响翌年夏蝗发生程度 ,其次是生态环境和气候条件等因素的影响。     

蝗虫微孢子虫病对东亚飞蝗聚集行为的影响

采用行为生测法和触角电位法研究了感染蝗虫微孢子虫病的东亚飞蝗对其聚集信息素粗提物的行为反应。在第3龄时部分蝗虫每头接种10^6个蝗虫微孢子虫,与健虫同一条件下饲养。用二氯甲烷从健康蝗虫的粪便、体表或卵囊中抽提聚集信息素,粗提物经纯化和浓缩后保存于冰柜中待用。结果表明,感病飞蝗对其信息素的感受能力下降,聚集行为反应减弱。行为生物测定发现,微孢子虫病对第4龄雌性蝗虫和第5龄蝗虫的聚集行为有明显的抑制作用,而对第4龄雄蝗的影响较小;总的看来,信息素粗提物对感病雄蝗和高龄蝗虫的作用分别高于对感病雌蝗和低龄蝗虫的作用。触角电位(EAG)测定表明,感染了微孢子虫病的东亚飞蝗蝗蝻和成虫,对其信息素粗提物的敏感性降低,且对不同来源的聚集信息素的电生理反应不同,其中对从雄性成熟蝗虫、第4龄蝗蝻及第5龄病虫的粪便中抽提制备的信息素粗提物、第4龄蝗蝻粪便挥发物、第4龄蝗蝻活虫体表挥发物的电生理反应显著下降;但对第5龄雌蝗和第5龄散居型蝗虫的粪便抽提物的电生理活性,病健虫无明显差异。此研究结果证明,施用微孢子虫治蝗时,微孢子虫对蝗虫的聚集行为有明显的影响,为微孢子虫的控害机理提供了新的证据。     

Development of the tympanal organ in larvae of the migratory locust (Locusta migratoria)

Summary The tympanal organ of the migratory locust acquires its definitive form during larval development. All the receptor cells (90–100) are present in the 1st instar, whereas the differentiation of the tympanum and the cuticular structures it bears proceeds in steps from one instar to the next. The elevated process is the earliest such structure to appear (2nd instar); it is followed by the pyriform vesicle (3rd instar) and folded body (4th instar). The styliform body first appears in the imago. Although the typical arrangement of the receptor cells is already discernible in the 1st instar, some of the attachment sites change during development, the final configuration appearing only in the imago.Supported by the Deutsche Forschungsgemeinschaft (Ka 498/2)     

Fecal volatile components elicit aggregation in the oriental migratory locust,Locusta migratoria manilensis (Orthoptera: Acrididae)

Abstract The aggregation components from fecal volatiles of the oriental migratory locust, Locusta migratoria manilensis were identified with gas chromatographic/electroantennographic detector (GC‐EAD), GC‐MS (mass spectrometry) analyses and behavioral bioassays. Both last instar nymphs and adults of the oriental migratory locust have similar aggregation pheromones in their volatiles. A total of 11 electrophysiologically active compounds, namely, hexanal, cyclohexanol, heptanal, phenol, 2,5‐dimethyl‐pyrazine, benzyl alcohol, benzaldehyde, guaiacol, nonanal, 2,6,6‐trimethyl‐2‐cyclohexene‐1,4‐dione and decyl aldehyde were identified in the fecal volatiles of 2‐day‐old immature adult male locusts. Only hexanal, nonanal, benzaldehyde, cyclohexanol and 2,5‐dimethyl‐pyrazine elicited significant aggregation responses in immature 2‐day‐old adult males. However, adult males had significantly lower behavioral responses to synthetics of five single compounds than the blend of cyclohexanol, 2,5‐dimethyl‐pyrazine, benzaldehyde, nonanal, hexanal in ratios of 100: 100: 2: 60: 30 in the range of 30–60 μg/mL. We propose that it is the blend of these five compounds that plays a key role in eliciting and sustaining aggregation in gregarious oriental migratory locusts. These results also showed that the aggregation pheromones of the oriental migratory locust are significantly different from those found in the desert locust.     

Thiol-activated serine proteinases from nymphal hemolymph of the African migratory locust,Locusta migratoria migratorioides

Two unique serine proteinase isoenzymes (LmHP-1 and LmHP-2) were isolated from the hemolymph of African migratory locust (Locusta migratoria migratorioides) nymphs. Both have a molecular mass of about 23 kDa and are activated by thiol-reducing agents. PMSF abolishes enzymes activity only after thiol activation, while the cysteine proteinase inhibitors E-64, iodoacetamide, and heavy metals fail to inhibit the thiol-activated enzymes. The N-terminal sequence was determined for the more-abundant LmHP-2 isoenzyme. It exhibits partial homology to that of other insect serine proteinases and similar substrate specificity and inhibition by the synthetic and protein trypsin inhibitors pABA, TLCK, BBI, and STI. The locust trypsins LmHP-1 and LmHP-2 constitute a new category of serine proteases wherein the active site of the enzyme is exposed by thiol activation without cleavage of peptide bonds.     

河北省南大港农场2002年夏蝗发生特点及原因浅析

进入 90年代以来 ,南大港蝗区东亚飞蝗Locustamigratoriamanilensis(Meyen)大发生 6次 ,2 0 0 1年夏秋蝗发生面积达 2 6万hm2 ,5龄蝗蝻最高密度为 1 0 0 0 0头 m2 。 2 0 0 2年形势更为严峻 ,仅夏蝗发生面积超过 2万hm2 ;分别造成 1 3 0 0hm2 和 2 70 0hm2 的芦苇被吃成光杆和被啃食的严重破叶。出土时间早、孵化时间长、龄期悬殊大是今年夏蝗发生的主要特点。主要原因是去年越冬卵块基数大 ,其次是受气候条件和农业环境的影响     

Influence of soil moisture on egg cold hardiness in the migratory locust Locusta migratoria (Orthoptera: Acridiidae)

Abstract.  The present study investigates the influence of environmental moisture on cold hardiness of the migratory locust, Locusta migratoria . The water content of locust eggs kept in soil at 30 °C varies according to the moisture content of the substrate. In turn, it can significantly affect the supercooling point of locust eggs (range from −26 to −14.8 °C) and the mortality when exposed to subzero temperatures. Environmental moisture influences the supercooling capacity of eggs and their survival at low temperature. When locust eggs of the same water content are exposed to subzero temperatures under different soil moistures, their mortality varies between short-time exposure and long-time exposure at subzero temperatures. Given a short-time exposure, mortality in wet soil is lower than in dry soil due to the buffering effect of soil water against temperature change. The pattern of egg mortality is reversed after long-time exposure at low temperature, suggesting that inoculative freezing may be an important mortality factor. It is suggested that interactions between soil moisture and low temperature can influence the cold hardiness of locust eggs, and partial dehydration is beneficial to over-wintering eggs of the migratory locust.     

散居型西藏飞蝗九个地理种群形态特征的数量分析

为阐明西藏飞蝗Locusta migratoria tibetensis Chen散居型地理种群数量性状的地理变异,将散居型西藏飞蝗9个地理种群雌、雄个体的前翅长度(E)、后足股节长度(F)、头宽(C)、前翅长度与后足股节长度比值(E/F)、后足股节长度与头宽比值(F/C)5项形态特征参数进行系统聚类分析和主成分分析....     

Impacts of oxygen deficiency on embryo life-history traits of migratory locust Locusta migratoria from low and high altitudes

Hypoxia challenges aerobic organisms in numerous environments, and hypoxic conditions may become more severe under future climate-change scenarios. The impact of hypoxia on the development of terrestrial insect embryos is not well understood. Here, to address this gap, embryonic life-history traits of migratory locust Locusta migratoria from low-altitude and high-altitude regions were compared under 2 oxygen levels: normoxia (i.e., 21 kPa oxygen partial pressure and mild hypoxia (i.e., 10 kPa oxygen partial pressure). Our results demonstrated that, whether reared under normoxia or mild hypoxia, L. migratoria from high-altitude populations had longer developmental times, reduced weight, and lower mean relative growth rate as compared with those from low-altitude populations. When transferred from normoxia to mild hypoxia, nearly all the tested life-history traits presented significant negative changes in the low-altitude populations, but not in the high-altitude populations. The factor ‘strain’ alone explained 18.26%–54.59% of the total variation for traits, suggesting that the phenotypic differences between L. migratoria populations from the 2 altitudes could be driven by genetic variation. Significant genetic correlations were found between life-history traits, and most of these showed differentiation between the 2 altitudinal gradients. G-matrix comparisons showed significant structural differences between L. migratoria from the 2 regions, as well as several negative covariances (i.e., trade-offs) between traits in the low-altitude populations. Overall, our study provides clear evidence that evolutionary divergence of embryonic traits between L. migratoria populations from different altitudes has occurred.