棉铃虫生物钟基因HeDbt的克隆和表达模式分析

【目的】克隆并分析棉铃虫Helicoverpa armigera生物钟基因Double-time (Dbt),明确该基因的昼夜表达模式,探讨其表达水平的影响因子,为研究夜蛾科昆虫复眼中生物钟基因的作用机制奠定基础,为理解外周组织中生物钟基因功能提供参考。【方法】采用RT-PCR和RACE技术从2日龄棉铃虫雌成虫复眼中克隆生物钟基因Dbt,并利用在线网站和软件进行生物信息学分析。采用qPCR技术检测棉铃虫雌、雄成虫不同组织(头、脑、复眼、触角、胸、腹、足和翅)中Dbt的表达水平;检测光周期14L∶10D和持续黑暗(DD)下雌、雄成虫头和复眼中Dbt的昼夜表达模式;在暗期用棉铃虫敏感波段光(UV、蓝光和绿光)照射2日龄成虫6 h,检测复眼中Dbt表达水平的变化;在暗期进行雌、雄成虫交配,检测交配结束及3 h后复眼中Dbt表达水平的变化。【结果】成功克隆到棉铃虫生物钟基因Dbt的cDNA序列,命名为HeDbt(GenBank登录号: KM233159),开放阅读框长1 026 bp,编码314个氨基酸组成的多肽。HeDbt理论推测分子量为39.79 kD,等电点(pI)为9.55,不具有跨膜拓扑结构,包含典型的昆虫DBT蛋白保守区域,其与甜菜夜蛾Spodoptera exigua和柞蚕Antheraea pernyi DBT的同源性较高, 氨基酸序列一致性分别为99%和97%。qPCR结果表明,HeDbt在成虫各组织中均有表达,在头、脑和复眼中表达水平较低,在胸和腹中表达水平较高;在14L∶10D和DD下,头和复眼中HeDbt未呈现明显的昼夜表达节律。暗期光照和交配后,复眼中HeDbt的表达均显著下调,但雌、雄成虫间HeDbt表达水平整体相似。【结论】成功克隆得到棉铃虫生物钟基因HeDbt,其在棉铃虫成虫头和复眼中表达水平较低,且不具有昼夜规律性,但复眼中Dbt的表达受到光照和交配的影响。本研究为进一步探索夜蛾外周组织生物钟基因功能奠定了基础。     

光周期对棉铃虫幼虫发育历期和蛹重的影响

在亚热带和温带地区,棉铃虫HelicoverpaarmigeraHubner以蛹滞育越冬,秋季低温和短光照是诱导滞育的主导因素[1]。对棉铃虫及其近缘种美洲棉铃虫H.zea（Boddie）、澳洲棉铃虫H.punctigera（Harbwick）、烟芽夜娥Heliothisvirescens（Fabricus）的研究表明,滞育蛹和发育蛹在外部形态、呼吸代谢、抗逆性、内部器官发育、生化成分、激素水平等方面均明显不同。由于它们滞育的诱导过程主要发生于幼虫期,故其滞育和非滞育个体的某些生理生态特性差异在幼虫期即有所体现。例如,棉铃虫两类个体的呼吸代谢速率在5龄幼虫期即有所差异,到6龄…     

光周期和温度对棉铃虫发育历期及蛹重的影响

以山东泰安棉铃虫Helicoverpa armigera Hübner为例,在人工饲养条件下、人工气候箱中,研究了不同光周期和温度条件对棉铃虫幼虫生长发育历期、蛹重及蛹历期的影响.结果表明,光周期对棉铃虫幼虫发育历期、非滞育蛹历期均存在一定的影响,短光照(滞育诱导的光周期)下的发育历期要长于长光照(诱导发育的光周期)的发育历期;温度对棉铃虫幼虫发育历期、非滞育蛹历期的影响十分明显,随着温度上升,发育历期明显缩短;棉铃虫蛹的重量形成受到幼虫期的光周期和温度的联合作用,在较高温度(28℃)下,光照时数与蛹重呈现极显著的负相关关系(R2=0.9257),在短光照(如11h光)下,蛹重与温度呈现正相关性(R2＝0.8564),而在长光照下如15h,蛹重与温度呈现一定的负相关性(R2=0.523);此外,同一光温下,雌雄蛹重量差异不显著,而滞育蛹要重于非滞育蛹,幼虫发育历期越长形成的蛹一般越重.     

光周期对小菜蛾羽化节律的影响

【目的】本研究旨在探究光周期对小菜蛾Plutella xylostella(Linn.)羽化节律的调控作用,为小菜蛾的季节性种群动态预测提供理论基础。【方法】在自然光周期和逆转光周期条件下,观察小菜蛾每日的羽化情况。【结果】在自然光周期和逆转光周期条件下,小菜蛾蛹在24 h均可以羽化。正常光周期下,羽化行为表现为近似抛物线形昼夜节律,雌成虫通常在黑暗阶段羽化（18:00-6:00）,而雄成虫大多在光照阶段羽化（6:00-18:00）。在逆转光周期下,小菜蛾蛹的羽化无明显规律。在正常光周期下,雌成虫的羽化频率在光期和暗期没有显著差异,但是,相比于暗期,雄成虫在光期羽化率较高;在逆转光周期后,雌成虫在暗期（6:00-18:00）的羽化数量比光期（18:00-6:00）高,雄成虫暗期的羽化数量比光期低。【结论】光周期逆转后小菜蛾雌成虫和雄成虫的羽化节律明显改变,这将有助于阐明害虫光周期变化与生物钟之间的关系。     

鳜肝脏和心脏生物钟基因表达节律分析

在12h光照、12h黑暗交替(Light-Dark; LD)光制下,研究分析了褪黑素和皮质醇水平在鳜血清中的昼夜变化规律,以及13个生物钟基因(Arntl1、Clock、Cry1a、Cry3、Cry-dash、Npas2、Npas4、Nr1d1、Nr1d2、Per1、Per3、Rora和Tim)在鳜(Siniperca chuatsi)肝脏和心脏中的昼夜表达规律。试验在一昼夜内的ZT0(06:00)、ZT3(09:00),ZT6(12:00),ZT9(15:00),ZT12(18:00),ZT15(21:00),ZT18(24:00),ZT21(03:00,2nd d),ZT24(06:00,2nd d) (Zone time,ZT) 9个时间点随机抽取3尾鳜采集其血清、肝脏和心脏。经SPSS 单因素方差分析和Matlab余弦分析,结果显示: 鳜血清中褪黑素和皮质醇含量均呈现出昼夜节律性振荡,褪黑素含量白天显著降低(P0.05),夜间显著上升,皮质醇含量白天缓慢降低,夜间ZT15(21:00)-ZT18(24:00)显著升高,随后开始缓慢降低; 两种激素最低相位都为ZT15(21:00)。在13个生物钟基因中,Cry-dash、Npas4、Nr1d1、Per1和Tim 5个基因在鳜肝脏内具有明显的昼夜节律性,其中Npas4、Nr1d1、Per1、Tim的表达规律相似,皆呈现出光照阶段表达降低,黑暗阶段表达升高的趋势; 但Cry-dash则表现出光照阶段先升高后降低,黑暗阶段先降低后升高的规律。在鳜心脏中,Arntl1、Clock、Cry1a、Npas2、Nr1d1、Nr1d2、Per3、Rora和Tim 9个基因都表现出明显的昼夜节律,表达趋势分为两种: Arntl1、Clock、Nr1d2的表达量在光照阶段降低,黑暗阶段升高; 而Cry1a、Npas2、Nr1d1、Per3、Rora和Tim的表达量在ZT0(06:00)-ZT15(21:00)持续低水平,ZT15(21:00)-ZT18(24:00)表达量显著上升,ZT18(24:00)-ZT21(03:00)表达量降低。研究结果表明: 生物钟基因在鳜肝脏和心脏中所表达的昼夜节律不同。     

光周期和温度对枯叶蛱蝶幼虫生长发育的影响

在人工气候箱中研究不同光周期和温度条件下枯叶蛱蝶Kallima inachus Doubleday幼虫的生长发育情况。结果表明,20℃时,光周期对枯叶蛱蝶幼虫发育历期影响明显,25℃和30℃时无明显影响。20,25和30℃,12.5~14h光照下,幼虫发育历期分别为31.7~36.0,26.3~27.4和21.0~21.5d,最长和最短历期分别相差4.3,1.1和0.5d。随着温度升高,在相同光照下,幼虫发育历期缩短。20,25和30℃12.5~14h光照下幼虫存活率分别为80%~92%、75%~95%和55%~85%,随温度上升,不同光周期下幼虫存活率差异加大。30℃时大部分光周期下存活率较低,已对幼虫生长发育不利,人工养殖时温度不宜超过30℃。     

生物钟基因3及其表达的调节机制

众所周知 ,生物体的新陈代谢过程 ,细胞和细胞器官的生理功能 ,以及心理行为等生命活动往往随着昼夜循环而发生规律性的变化。就是在实验室恒定的条件下 ,消除一切环境因子的影响 ,生命活动仍表现出昼夜节律性的变化。这说明昼夜节律受体内的测时系统——生物钟的控制。从 5 0年代至今 ,人们对生物的昼夜节律及其调控机制进行了深入地研究 ,特别是应用生物化学和分子生物学的方法 ,使人们逐步了解了生物节律的特点 ,生物钟基因及其表达的调控机制。1　生物钟基因存在于不同生物体中的昼夜节律时钟都表现出 3个共同的特点 :1 )在恒定的环境条…     

光周期对棉铃虫羽化、生殖和飞行的影响

棉铃虫Helicoverpa armigera(Hübner)是世界上重要的农业害虫,探讨光周期变化对其羽化节律、生殖和飞行能力的影响,可为准确预测该虫种群动态的季节性变化提供理论依据。本文报道了,在温度为22℃±1℃,相对湿度为75%±5%的条件下,不同光周期(L∶D=24∶0、L∶D=16∶8、L∶D=12∶12、D∶L=12∶12、L∶D=8∶16和L∶D=0∶24)对棉铃虫羽化节律、成虫生殖力和飞行能力的影响。结果表明:棉铃虫的羽化活动具有节律性,不同光周期条件下棉铃虫的羽化高峰均集中在暗期,羽化活动均随光周期的光暗交替而变化。蛹期感受不同长短的暗期也会影响棉铃虫的羽化节律,暗期缩短,羽化有提前的趋势。光周期对棉铃虫产卵前期、卵孵化率和交配次数也有显著影响,但对单雌产卵量、产卵历期和交配率均无显著影响。另外,光周期对棉铃虫成虫的飞行距离和飞行时间也有显著影响,而对平均飞行速率影响不显著。上述结果表明光周期是影响棉铃虫羽化、生殖和飞行的重要环境因子。     

光周期和温度对布氏田鼠产热的影响

布氏田鼠（Ｍｉｃｒｏｔｕｓ ｂｒａｎｄｔｉ）分组驯化在：（１）长光照温暖环境（ＬＷ，１６Ｌ：８Ｄ，２５℃）；（２）长光照 低温环境（ＬＣ，１６Ｌ：８Ｄ，５℃）；（３）短光照温暖环境（ＳＷ，８Ｌ：１６Ｄ，２５℃）；（４）短光照低温环境（ＳＣ， ８Ｌ：１６Ｄ，５℃）。驯化四周后，长光照动物的体重比短光动物的体重有增加的趋势；四组动物的体温 没有明显差异；低温和短光照均促使静止代谢率（ＲＭＲ）增加；ＳＣ组动物的非颤抖性产热（ＮＳＴ）高 于ＬＷ组。低温诱导肝和褐色脂肪组织（ＢＡＴ）细胞线粒体蛋白增加，短光照再度地增强此作用。短 光照诱导肝细胞线粒体状态－４及状态－３呼吸活力增加，低温没有明显作用。低温和短光照均刺激肝 和ＢＡＴ线粒体细胞色素Ｃ氧化酶活力提高，但后者作用强度大于前者。低温明显激活ＢＡＴ线粒体 的ａ－磷酸甘油氧化酶的活力，短光照无明显影响、结果表明：低温和短光照均能提高布氏田鼠的产 热能力，短光照与低温因子两者的协同作用增强了对布氏四鼠热能代谢的调节。     

干旱对水稻生物钟基因和干旱胁迫响应基因每日节律性变化的影响

内源生物钟的节律运动不仅调控植物的生长发育,而且在调控植物响应和适应环境过程中发挥重要的作用。为了解水稻(Oryza sativa L.)干旱胁迫响应基因和生物钟基因在干旱条件下每日表达变化情况,本文利用实时荧光定量PCR方法研究旱稻品种IRAT109在干旱胁迫下相关基因的表达变化。结果表明,干旱胁迫导致早晨生物钟基因OsPRRs、OsLHY和OsZTL1的表达量显著下降,振幅减弱;同时导致夜晚生物钟基因OsTOC1、OsGI和OsELF3整体表达量升高,振幅增强,但对OsFKF1基因影响不大。同样,大部分水稻干旱胁迫响应基因在干旱胁迫后整体表达量显著升高,但OsDST基因表达量下降;同时大部分抗逆基因周期性表达被扰乱,但OsCIPK12、OsCDPK7和OsDREB1A依然保持24 h内震荡。本研究结果表明干旱胁迫能影响生物钟元件的基因表达,这种互相影响改变了部分基因每日的震荡变化。     

温度对棉铃虫滞育的影响

在前人研究的基础上［１,２］,我们已经了解到光照和温度乃是影响和决定棉铃虫是否进入滞育状态的关键外界环境因子。但光照和温度,哪一个在决定棉铃虫的滞育中起着更关键的主导地位,则无文献述及,为此,我们设计了如下几个实验,试图来解答这个问题以及进一步了解温度对棉铃虫滞育的影响。１材料与方法１．１实验昆虫虫源由中国科学院动物研究所何忠教授提供,系采自河南郑州,在２５℃、每天光照１６小时的条件下用人工饲料［１］饲养繁殖。滞育的棉铃虫在２０℃、每天光照１０小时的条件下饲养,其滞育率可达１００％;非滞育的棉铃…     

5种光周期对锦鲤生长、能量收支及生物钟基因表达的影响

研究不同光照周期(长光照18L﹕6D、短光照8L﹕16D、连续光照24L﹕0D、连续黑暗0L﹕24D和对照组12L﹕12D)条件对锦鲤(Cyprinus carpio)生长、能量收支及生物钟基因相对表达量的影响, 实验周期为90d。结果表明, 在整个试验周期, 各光周期处理组成活率无显著变化(P＞0.05), 24L组和18L﹕6D组饲料系数显著低于12L﹕12D组、8L﹕16D组和24D组(P＜0.05)。终末体重、特定生长率在实验前30d内受光照影响不大(P＞0.05), 而实验30d后出现显著变化, 延长光周期尤其是连续光照会显著增加终末体重和特定生长率(P＜0.05); 对比连续黑暗0L﹕24D组, 其他光周期处理组锦鲤摄食能分配在代谢和生长的比例显著增加(P＜0.05); 4个生物钟相关Clock、Per2、Cry1和Bmal1基因相对表达水平无明显规律。综上所述, 延长光照时间, 尤其是连续光照有利于锦鲤幼鱼的生长和发育。     

光周期与温度对广州地区三化螟滞育的影响

尹汝湛(1988)报道短的光周期是诱发广州地区三化螟Scirpophaga incertnlas(Walkef)滞育的主要因子。作者进一步就该地区三化螟进行了两项试验:(一)光周期反应的感应虫期的测定;(二)温度对光周期诱发滞育的影响。     

棉铃虫幼虫中肠类胰蛋白酶基因的克隆及在大肠杆菌中的表达

根据昆虫类胰蛋白酶序列的保守性设计了一对引物,以棉铃虫（Helicoverpa armigera)幼虫中肠总RNA反转录出cDNA第一链作为模板,利用RT－PCR,分离出了一种棉铃虫类胰蛋白酶（HaT)基因的cDNA序列。分析表明该cDNA序列的开放阅读框为696bp,编码一个由231个氨基酸残基组成的多肽,推测的氨基酸序列具有His57,Asp102,Ser192组成的电荷中继网,决定胰蛋白酶底物专一性的Asp189,底物结合部位的Gly216和Gly226残基,及其它胰蛋白酶结构上的保守区域。氨基酸序列同源性比较表明：HaT同其它鳞翅目昆虫类胰蛋白酶有较高的同源性,同源性在44％－79％之间。为研究棉铃虫类胰蛋白酶基因（hat)编码产物的活性,将其插入原核表达载体pGEX4T-3和pET23b中,并在大肠杆菌中进行了诱导表达,结果表明,GST－HaT融合蛋白在大肠杆菌中进行了特异表达,非融合形式的表达产物HaT具有胰蛋白酶催化活性。     

棉铃虫Polycalin基因的克隆及其表达分析

【目的】通过对棉铃虫Polycalin基因的克隆及其表达谱分析,进一步明确Polycalin基因在抗性中发挥的作用,为棉铃虫Helicoverpa armigera的抗性治理提供理论依据。【方法】通过RACE结合PCR技术克隆获得了棉铃虫Polycalin基因的全长序列,利用实时荧光定量PCR技术测定了在棉铃虫不同发育时期、幼虫肠道不同部位的Polycalin基因表达量,比较了棉铃虫取食含Cry1Ac蛋白的饲料后,Polycalin基因表达量的变化。【结果】该基因全长序列为2 955 bp,开放阅读框为2 781 bp,编码926个氨基酸(Gen Bank登录号为KP100652);预测蛋白的分子量为101.68 ku,等电点为4.57。推导的氨基酸序列中,N末端含有20个氨基酸组成的信号肽,含有8个O-糖基化位点,3个N-糖基化位点,C末端存在2个GPI结合位点。Polycalin在棉铃虫所有发育阶段都可以表达,幼虫期表达量较高,尤其在1~3龄幼虫体内表达量最高,在卵、成虫和蛹中的表达量较低。棉铃虫4龄幼虫取食含活化Cry1Ac蛋白的人工饲料后,Polycalin基因的表达受到抑制。【结论】研究结果可以为进一步揭示Polycalin基因的功能及其在Bt杀虫机制中的作用奠定基础。     

蓝藻生物钟分子机理的研究进展

蓝藻是具有内源性生物钟的简单生物.虽然蓝藻生物钟具有跟真核生物同样的基础特征,但其相关基因和蛋白质与真核生物没有同源性.蓝藻生物钟的核心是kai基因簇及其编码的蛋白KaiA,KaiB和KaiC.这三种Kai蛋白相互作用调节KaiC的磷酸化状态,从而产生昼夜节律信息.KaiC的磷酸化循环是昼夜节律的起博器,调控包括kai基因在内的相关基因的节律性表达.组氨酸蛋白激酶的磷酸化传递可将环境信息输入和将节律信息输出生物钟核心.     

生物钟基因与肾脏功能和疾病

哺乳动物昼夜节律的产生与生物钟基因的周期性表达密切相关.Bmall、Clock、Per和Cry是研究最为广泛的核心生物钟基因.肾脏在维持机体体液平衡和血压稳态方面发挥重要作用,其多数生理功能均呈现出一定的昼夜节律性,如动脉血压的调节、肾血流量的维持、肾小球滤过率的调控,以及水的重吸收和钠的排泄等都会随昼夜变化而产生节律...     

光周期和温度对草地螟滞育诱导的影响

草地螟Loxostege sticticalis以老熟幼虫滞育越冬。在室内通过人工诱导的方法对其滞育的光周期和温度诱导条件进行了研究。结果表明:草地螟是一种典型的长日照发育型种类。光周期、温度及其交互作用均对草地螟滞育诱导具有重要影响, 其中光周期起主导作用, 温度伴随着光周期起作用。对幼虫滞育诱导最有效的光周期是L12∶D12; 随着温度的升高, 临界光周期呈缩短趋势（18℃除外）。18, 22, 26和30℃条件下幼虫滞育的临界日长依次为13.97, 14.48, 13.92 和12.88 h。光敏感实验揭示:21℃时草地螟对光照反应最敏感时期为幼虫孵化后的11～17 d（约5龄幼虫）, 但孵化后7～11 d（约4龄幼虫）的短光照积累对提高滞育率也有重要作用, 可以将滞育率从40.0%提高到90.0%。     

光照和温度对豌豆Lhcb2基因表达的影响

采用ＲＴ－ＰＣＲ技术,从豌豆（Ｐｉｓｕｍ ｓａｔｉｖｕｍ Ｌ．）幼叶中克隆了１个约８００ｂｐ的Ｌｈｃｂ２ ｃＤＮＡ。以特异探针进行的Ｓｏｕｔｈｅｒｎ杂交结果表明,Ｌｈｃｂ２基因以单拷贝形成存在于豌豆基因组中。不同光照时间和温度对豌豆幼苗进行处理的ＲＴ－ＰＣＲ和Ｎｏｒｔｈｅｒｎ ｂｌｏｔｔｉｎｇ分析表明,Ｌｈｃｂ２基因转录水平上的表达受光照的控制,且明显表现出对光照时间的依赖性。光照０￣１．５ｈＬｈ     

光周期和温度对亚洲玉米螟滞育形成的影响

短光照是引起玉米螟滞育的信息,处在北纬35°—36°,东经112°—113°的山西沁水玉米螟种群,在太原控制温度25℃,人工饲料饲养下测定,其临界界光周期为14小时30分钟。当光照少于此临界期,诱发滞育;而多于此临界期,则回避滞育。对于玉米螟幼虫任一单独龄期给予短光照处理,不能或几乎不能引起滞育;而相邻虫龄连续接受短光照处理,则可导致滞育。连续接受短光照处理的时间愈长,滞育率也愈高。幼虫对光照刺激反应的敏感期为自孵化后至5龄末进入滞育前的整个阶段,而非仅为3—4龄。高温在一定程度上抑制短光照诱发滞育的作用;低温在一定程度上抑制长光照回避滞育的作用。以长光照累代处理人工饲料饲养的亚洲玉米螟至三,四十代以上、如经短光照处理则照常发生滞育,其滞育特性仍未改变。