水稻抗褐飞虱基因研究和利用现状

稻褐飞虱（Nilaparvata lugens Stal）是一种单食性水稻害虫,根据其对水稻品种的危害,可分为生物型1、2、3、4等类型。它对亚洲各国水稻生产造成极大危害。实践证明,利用抗虫品种是防治稻褐飞虱最经济有效的方法。本文综述了稻褐飞虱的生物学特征和分布、生物类型,着重介绍抗稻褐飞虱基因的研究和利用现状,并对今后开展抗稻褐飞虱基因研究提出几点建议。     

水稻OsLecRK1基因介导的抗褐飞虱功能分析

褐飞虱Nilaparvata lugens St(a)l是对水稻最具破坏性的害虫之一,OsLecRK1是水稻Bph3基因簇中对褐飞虱抗性贡献最大的基因.本文对RHTd(含Bph3)等材料进行了褐飞虱抗性评价,克隆并构建了OsLecRK1过量表达突变体水稻,利用该突变体分析了OsLecRK1基因对褐飞虱若虫存活率、若虫发育历期等生物学参数的影响.结果 表明,含Bph3基因水稻RHTd对褐飞虱的抗性明显地强于含Bph1基因水稻Mudgo和bph2基因水稻ASD7,RHTd水稻的褐飞虱受害指数仅为Mudgo和ASD7水稻的53.5％和24.1％.过量表达OsLecRK1基因能显著地增加水稻对褐飞虱的驱避性和抗生性,褐飞虱雌成虫偏好于在野生型水稻上产卵;突变体水稻上的褐飞虱若虫存活率显著地降低,仅为野生型水稻上若虫存活率的75.2％ ～81.8％,且若虫发育历期显著地延长,羽化率和初羽化雌成虫体重均显著地降低;此外,褐飞虱在突变体水稻上取食分泌的蜜露量只有野生型上的40.3％ ～ 60.9％,褐飞虱单雌产卵量只为野生型51％ ～61.2％,卵孵化率只有野生型的52.2％～56.7％,均显著地减少.结果 表明,含Bph3基因水稻RHTd对褐飞虱的抗性明显地高于分别含Bph1、bph2的水稻Mudgo和ASD7;水稻Bph3基因座的OsLecRK1单个基因过量表达即可显著增加水稻对褐飞虱的抗性,OsLecRK1协同影响褐飞虱的多个生物学参数降低褐飞虱的适合度.     

水稻褐飞虱抗性基因研究进展

随着全球性气候变暖以及稻作区耕作栽培措施的改变,稻褐飞虱已成为严重危害水稻产量的害虫之一.综述当前水稻褐飞虱抗性基因的定位、克隆以及抗性机制的最新研究进展,并对抗褐飞虱水稻育种的利用现状作报道.     

褐飞虱核受体基因NlE75的分子特性和功能分析

【目的】蜕皮激素通过信号级联反应调节昆虫的蜕皮和变态过程，而核受体基因E75是信号通路的早期响应基因。本研究旨在分析褐飞虱Nilaparvata lugens NlE75的分子特性及生物学功能，为褐飞虱的防治和新农药的开发提供新分子靶标。【方法】本研究基于序列比对和同源检索以及褐飞虱转录组数据获得NlE75的cDNA序列，并利用RT-PCR和RACE技术对其进行cDNA克隆；利用生物信息学软件预测分析NlE75编码蛋白的结构特性；利用MEGA5.0邻接法(neighbor-joining, NJ)构建系统进化树。利用RT-qPCR检测NlE75及其转录本在褐飞虱不同发育阶段(卵、1-5龄若虫和成虫)、5龄若虫不同组织(头、胸、腹、表皮、翅芽、脂肪体、中肠和足)中和3龄若虫被注射0.2μg/头20-羟基蜕皮激素(20-hydroxyecdysone, 20E)后的表达谱。通过注射法进行RNAi敲降褐飞虱3龄若虫20E合成关键基因NlCYP314A1后，利用RT-qPCR检测3龄若虫中NlE75的表达量；通过注射法进行RNAi下调3和5龄若虫NlE75及3龄若虫中其转录本的表达后，利用RT...     

褐飞虱基因BphMIF1克隆及表达分析

【目的】克隆水稻重要害虫褐飞虱Nilaparvatalugens唾液蛋白基因BphMIF1,探析BphMIF1在响应褐飞虱取食过程中的表达谱。【方法】采用RT-PCR法克隆了褐飞虱唾液蛋白基因BphMIF1,测序后对序列进行生物信息学分析,使用实时荧光定量PCR(qPCR)对褐飞虱1-5龄若虫及成虫以及不同成虫虫体部位BphMIF1的表达量进行分析,同时对BphMIF1进行了原核表达分析。【结果】克隆得到BphMIF1基因,编码119个氨基酸。qPCR结果表明BphMIF1基因在若虫4龄期表达会迅速上调,在成虫的头、胸、腹均有表达,以腹部表达量最高。原核表达结果显示褐飞虱BphMIF1基因以0.5mmol?L-1的IPTG作为诱导浓度,诱导时间为4h表达效果较好。【结论】BphMIF1基因在褐飞虱成虫头、胸、腹部均有表达,在若虫不同发育历期其表达量有所差异且在4龄若虫时期表达量有显著上调。该结果可为BphMIF1在褐飞虱取食过程中的功能研究奠定基础。     

褐飞虱ABCB基因的克隆与表达分析

三磷酸腺苷结合盒转运蛋白(ATP-binding cassette,ABC)广泛分布于各种生物体中,是最大的膜蛋白家族之一。在昆虫中,ABC转运子不仅在分子转运过程中有重要的功能,同时在杀虫剂抗性、代谢和发育中都起到重要的作用。本研究克隆和鉴定了褐飞虱Nilaparvata lugens St l ABCB基因(NlABCB),结果表明NlABCB基因全长1468 bp,含有一个长度为459 bp的开放阅读框,编码153个氨基酸。利用定量PCR检测NlABCB基因在褐飞虱体内的表达,发现NlABCB转录本在褐飞虱的所有发育阶段都有表达,在1龄若虫中表达量最低,随着生长发育表达量逐渐升高。NlABCB在褐飞虱5龄若虫的中肠中表达量最高。研究发现该基因与褐飞虱的生理活动有关。构建NlABCB-dsRNA载体,转化大肠杆菌Escherichia coli HT115后,经IPTG诱导,形成NlABCB-dsRNA,喂养褐飞虱取食含NlABCB-dsRNA人工饲料,发现褐飞虱的存活率明显降低。因此该基因的克隆和功能鉴定,对于作物的抗虫育种,尤其对水稻害虫的生物防治将起到重要的促进作用。     

一个受褐飞虱取食诱导的水稻GST类似蛋白基因的克隆

BpHi006AcDNA长度为1943bp,具有一个795bp组成的完整的读码框,其表达受褐飞虱取食的诱导。BpHi006A蛋白含有谷胱苷肽S转移酶(glutathione Stransferase)的N末端结构域和C末端结构域,为谷胱苷肽S转移酶超家族的成员。BpHi006A蛋白与拟南芥四氯氢醌还原性脱卤素酶相关蛋白有61％的一致性,序列分析表明这两种蛋白质构成一类新的植物GST。     

灰色局势决策应用于褐飞虱防治策略

试用灰色局势决策理论,研究了褐飞虱防治策略。在综合考虑产量、产值、经济效益目标下,最佳防治策略为三代主峰、四代主峰各防治1次,其次是三代防冶2次、四代防治2次。在1988～1990年褐飞虱防治中得到验证和推广,3年全县挽回稻谷损失共计28245kg,比常规防治节约资金1.674千万元。     

褐飞虱表皮蛋白基因NlICP的克隆及功能研究

表皮蛋白与几丁质结合构成抵御外界不良环境的昆虫角质层, 在昆虫的生长发育及蜕皮硬化中具有重要的作用。为了探讨表皮蛋白基因在褐飞虱Nilaparvata lugens生长发育中的功能, 本研究根据褐飞虱转录组测序信息, 对其中1个预测为编码表皮蛋白的Unigene36450序列进行了克隆, 并应用荧光定量PCR和RNA干扰（RNAi）技术分别对该基因的表达规律和功能进行了研究。结果表明： 克隆的 Unigene36450全长cDNA开放阅读框长585 bp, 编码的蛋白含194个氨基酸, 具有典型的表皮蛋白R&R保守结构域, 命名为NlICP。转录水平的时序表达分析发现, NlICP仅在褐飞虱若虫期表达, 且在3龄若虫体内表达量最高, 提示该基因编码的蛋白属于幼虫表皮蛋白。RNA干扰结果显示, 取食dsNlICP的1龄末2龄初（孵化后第3 天）若虫在干扰6 d和8 d时, NlICP基因的表达量分别较取食dsGFP的对照组下降58.8%和45.6%, 差异极显著(P<0.01); 干扰后部分褐飞虱若虫因蜕皮不完全死亡, 干扰5 d的存活率较对照下降26.7%。本研究结果提示, NlICP与褐飞虱若虫的生长发育及蜕皮相关, 可以作为褐飞虱防治的潜在靶标基因。     

An orange-eye mutant of the brown planthopper,Nilaparvata lugens (Hemiptera: Delphacidae)

An orange-eye mutant of the brown planthopper (BPH), Nilaparvata lugens (Stål), was found in a green house and has since been maintained together with a normal-eye phenotype of BPH in an insectary. The orange color was expressed in all developmental stages of BPH: the eye spots of eggs and the eyes of nymphs and adults of both sexes and wing forms. Cross-mating results suggested that the inheritance of the orange-eye phenotype is controlled by a single autosomal recessive allele. The gene symbol related to this mutant was designated as “org”. Developmental duration and mortality of nymphal stages were not significantly different between the normal phenotype (homozygous and heterozygous) and the mutant. In addition, reproduction was not significantly different among mating combinations of the three BPH genotypes (+/+, +/org, org/org). The effect of eye color on mating of BPH was insignificant in a mate choice test which consisted of one orange-eye female, one orange-eye male, and one homozygous normal-eye male. Offspring produced by the orange-eye female BPH hatched and developed into adults normally, indicating that the eye color mutant found in this study is different from the red-eye BPH (Mochida, 1970) which showed the egg lethal effect in the red-eye BPH female.     

Molecular analysis of NlugCSP3 with behaviorally active ligands of the brown planthopper,Nilaparvata lugens (Hemiptera: Delphacidae)

The insect olfactory system is sensitive to the complicated chemical environment. Insect’s chemosensory proteins (CSPs) supposedly act as transport of plant volatiles across the sensillar lymph and competitive fluorescent binding assay was commonly used to test the binding affinities with various plant volatiles. However, extensive research to determine the physiological role of CSPs is necessary and helpful through binding interaction of a protein with the plant volatiles. In this comparative study, we employed phylogenetic analysis, fluorescence spectra, quenching mode, and thermodynamic force to characterize Nilaparvata lugens CSP3 (NlugCSP3). The phylogenetic tree revealed that amino acid sequence of NlugCSP3 showed extremely close similarities with Laodelphax striatella (LstrCSP10 & LstrCSP11) and Sogatella furcifera (SurCSP3). The Stern-Volmer (SV) curve of NlugCSP3 fluorescence quenching indicated that nonadecane and 2-tridecanone clearly quenched NlugCSP3 fluorescence as a stable static quenching mode. Meanwhile, α-terpinene and farnesene collided with NlugCSP3, instead of forming stable complexes. The thermodynamic analysis of NlugCSP3 revealed that spontaneous binding interaction occurred in nonadecane and 2-tridecanone and is driven primarily by hydrophobic interactions. This study not only provides the information about the binding interaction of protein with the volatiles, but also improves the efficient recognition of behaviorally elicited volatiles that could be used in the management of brown planthopper.     

褐飞虱乙酰胆碱酯酶基因全长cDNA的克隆及序列分析

利用反转录聚合酶链式反应(RT_PCR)结合快速扩增cDNA末端(RACE)技术克隆了褐飞虱Nilaparvata lugens 乙酰胆碱酯酶基因cDNA。该cDNA全长2 467 bp,包含一个1 938 bp的开放阅读框(GenBank登录号AJ852420); 在推导出的646个氨基酸残基的前体蛋白中, N端的前30个氨基酸残基为信号肽,随后的616个氨基酸残基是成熟的乙酰胆碱酯酶序列,其预测的分子量为69 418 D。在一级结构中,形成催化活性中心的3个氨基酸残基(Ser242,Glu371和His485),以及在亚基内形成二硫键的6个半胱氨酸完全保守; 位于催化功能域的14个芳香族氨基酸中有10 个完全保守。该酶的氨基酸序列与黑尾叶蝉的同源性最高,达83%。对来自23种昆虫（包括褐飞虱）的30个乙酰胆碱酯酶的聚类分析显示,褐飞虱的乙酰胆碱酯酶与其中6个Ⅱ型乙酰胆碱酯酶（AChE2）同属一个支系; 此外,只存在于昆虫AChE2中的超变区及特异的氨基酸残基,也存在于褐飞虱的乙酰胆碱酯酶中。以上结果表明,所克隆的褐飞虱的乙酰胆碱酯酶基因是一个与黑腹果蝇的orthologous型基因同源的AChE2基因。     

褐飞虱成虫体内磁性物质检测

地磁定向是昆虫远距离迁飞定向的重要机制之一.本研究以褐飞虱Nilaparvata lugens长翅型和短翅型成虫为研究对象,利用MPMS-7型号超导量子干涉磁强计(磁场范围为±4.8 mA/m,温度范围为1.9 ～ 400 K)检测虫体内的磁性物质,明确其体内的分布状况.结果表明:褐飞虱长翅型雄成虫整个虫体的温度退磁曲...     

褐飞虱体内共生菌多样性研究进展

褐飞虱体内存在大量的共生菌,这些共生菌不但具有种类多样性,同时在对寄主的功能上也存在多样性.目前利用分子生物学手段以及高通量测序技术鉴定得到的测序丰度大于0.1％的共生真菌和共生细菌种类分属19和53个不同的属.由于技术的局限性和共生菌难以离体培养的特性,仍有相当部分共生菌分类地位尚未明确.共生菌在褐飞虱的生长、发育、...     

吡虫啉对褐飞虱DNA甲基化多态性的影响

为了探知基因组甲基化是否参与了昆虫抗药性, 本研究在室内对褐飞虱 Nilaparvata lugens连续9个世代的3龄若虫施用吡虫啉, 用AFLP检测褐飞虱抗性产生过程中DNA甲基化多态性的变化。利用25对AFLP引物共获得120个位点, 其中15个位点呈现甲基化多态性, 共获得78条多态性条带。根据多态性条带在不同世代样本中出现的多少计算多态性条带比例, 其中最高比例出现在G5代（10.26%）, 最低比例出现在G6代（1.28%）。多态性条带在不同世代间比例的变化趋势表明, 褐飞虱对吡虫啉的筛选产生快速应答。在筛选早期（G1, G2和G3）世代间DNA甲基化多态性比例差异相对较小, 变化范围在3.85%～6.41%之间; 在筛选中期（G4, G5和G6）世代间比例差异较大, 变化范围在1.28%～10.26%之间; 在筛选后期（G7, G8和G9）世代间比例差异相对较小, 变化范围在5.13%～7.69%之间。结果说明, 吡虫啉的连续施用能够诱导褐飞虱基因组产生甲基化变异, 初步揭示甲基化在褐飞虱抗药性产生过程中参与了基因组的表达调控。     

Flight duration of the brown planthopper, Nilaparvata lugens (Homoptera: Delphacidae)

ABSTRACT.

• 1 The brown planthopper, Nilaparvata lugens (Stål), is a major pest of rice in Asia. It is known to make wind-assisted migratory flights each year to colonize the summer rice growing areas of China, Japan and Korea.
• 2 Modelling windborne displacements between rice growing areas in Asia requires migratory behaviour and flight duration to be established for this insect.
• 3 Field and laboratory observations suggest that N. lugens take-off at dusk and that some continue flying for up to 24–26 h if the temperature is ≥ 17°C.
• 4 Trajectories for 10 m above ground level and 1.5 km above mean sea level are used to identify possible sources and, hence, to estimate the flight times of N.lugens caught in nets on ships on the East China Sea in 1973 and 1981.
• 5 Estimated flight times between the sources and the ships ranged from about 9 to 30 h.
• 6 Results suggest that long-distance migration can occur in surface winds, when they are strong, but that long-distance migration is more likely at 1.5 km.
• 7 When simulating windborne displacements of N.lugens, it can be assumed that in areas and at heights where the temperature is ≥ 17°C, some migrants will fly downwind for up to 30 h after a dusk take-off. Others will fly for shorter periods, giving the population as a whole the opportunity to colonize all the rice crops flown over.

     

营养对褐飞虱生长和繁殖信号通路的影响

[目的]昆虫感知外界营养状态,在体内营养信号通过许多信号通路进行传递,进而调控昆虫的生长和繁殖.本研究旨在为营养调控褐飞虱Nilaparvata lugens生长和繁殖的分子机制作出初步探索.[方法]在不同营养条件[100％浓度饲料(全纯人工饲料D-97,对照)、50％浓度人工饲料和25％浓度人工饲料]下饲喂褐飞虱3龄...     

诱导水稻抗褐飞虱的化学激发子筛选

【目的】化学激发子具有毒性低、不易产生抗药性等特点,因此开发基于化学激发子的害虫防控技术,能够降低农药的使用量,促进农业生产的可持续发展。本研究旨在筛选能够诱导水稻产生对褐飞虱Nilaparvata lugens抗性的化学激发子。【方法】将茉莉酸(JA)、茉莉酸甲酯(MeJA)、水杨酸(SA)、水杨酸甲酯(MeSA)、油菜素内酯(BR)、苯甲酸苄酯(BB)、独脚金内酯(SLs)、萘乙酸(NAA)、吲哚丁酸(IBA)、草酸钠(SO)、硅酸钾(PS)和叶枯唑(Bis)12种化合物以根吸或叶鞘涂抹处理水稻,测定这些化合物处理水稻后褐飞虱的卵孵化率和24 h总产卵量。【结果】12种候选化合物中,仅茉莉酸甲酯、油菜素内酯和苯甲酸苄酯对褐飞虱卵孵化率和24 h总产卵量有显著影响。5 mg/L MeJA根吸处理水稻使褐飞虱的卵孵化率显著降低(达58.8%,降低了20.1%),而0.5 mg MeJA叶鞘涂抹处理水稻同时降低了褐飞虱的卵孵化率(达53.3%,降低了35.4%)和24 h总产卵量(达203.5粒/株,降低了15.6%),且其涂抹的浓度越高,褐飞虱的卵孵化率和24 h总产卵量越低。5 mg/L BR根吸处理水稻可以显著降低褐飞虱的卵孵化率(达59.5%,降低了22.1%),但是不影响褐飞虱的24 h总产卵量;褐飞虱的卵孵化率随BR处理浓度增高而降低,其浓度为20 mg/L时,褐飞虱的卵孵化率下降了41.8%。5 mg/L BB根吸处理水稻可以显著降低褐飞虱的24 h总产卵量(达100.3粒/株,降低了26.2%)。体外试验结果表明,MeJA和BR处理对褐飞虱卵孵化率无明显影响,说明两者对褐飞虱卵无直接毒害作用。【结论】化合物茉莉酸甲酯、油菜素内酯和苯甲酸苄酯可以提高水稻对褐飞虱的抗性,其中茉莉酸甲酯和油菜素内酯具有化学激发子的作用。