昆虫Takeout蛋白家族的研究进展

Takeout(TO)家族是昆虫在长期进化过程中形成的特有的一个大的蛋白家族,其蛋白包括约250个氨基酸,属于分泌蛋白。目前,对果蝇的TO蛋白的功能了解得最为透彻,主要分布于涉及化学感受和营养的组织,例如果蝇的触角、下唇须、脂肪体及前胃等。另外,在苍蝇、飞蛾、蚊虫、蚜虫、桑蚕、蜜蜂、大花蝶、白蚁等昆虫中也发现了多种TO蛋白家族成员。其主要功能是参与节律调控,调节昆虫摄食与运动,参与味觉和嗅觉系统的化学感受,参与性别分化,有助于雄性果蝇求偶等。本文从TO蛋白的结构特点、分布与表达、作用机制、生理功能等方面着手,阐释了近年来国内外昆虫TO蛋白的研究进展,这对于探明昆虫某些行为规律,从而探索害虫综合防治与治理的新方法有着重要的意义。     

昆虫记忆的形成机制及生态适应性

介绍近十几年来利用蜜蜂Apis mellifera L.、果蝇Drosophila melanogaster Meigen和寄生蜂等昆虫对学习和记忆行为研究的成果。这些研究表明昆虫的记忆形成是多阶段的。从短时记忆向长时记忆的形成过程中,cAMP反应元件结合蛋白(cAMP response element-bindingprotein,CREB)起重要的作用;而蘑菇体是学习、记忆形成的主要位点。已有的研究还表明昆虫记忆的动态是适应于不同物种的生态学需要。这些研究为探索昆虫和其它动物记忆的形成和生态适应性提供了理论基础。     

家蚕生物钟基因Bmcryl与Bmcry2的克隆及生物信息学分析

隐花色素基因(cryptochrome gene,Cry)是已确认的主要生物钟基因之一,它广泛分布于细菌和真核生物中.昆虫Cry基因分为Cry1,和Cry2两类,果蝇只有Cry1,蜜蜂等膜翅目昆虫只有Cry2.为了研究鳞翅目模式昆虫家蚕Bombyx mori的昼夜生物钟分子调控机制和昆虫CRY蛋白的进化,本研究克隆了家...     

后基因组时代的蜜蜂QTL研究

继果蝇、按蚊和家蚕之后,意大利蜜蜂Apis mellifera（膜翅目： 蜜蜂科）成为又一种被完整测得基因组序列的昆虫。从此,蜜蜂研究进入后基因组时代。作为一种典型的社会性昆虫,许多和蜜蜂社会生活紧密相关的性状都是数量性状。这些性状研究中广泛涉及到了数量性状位点（quantitative traits loci,QTL）定位研究。本文综述了应用QTL对蜜蜂取食行为、自卫行为、体长、逆转学习等的研究现状,同时结合国内外最新研究进展,总结并展望了后基因组时代蜜蜂QTL的研究方向。     

昆虫嗅觉中枢系统对外周信号的整合编码研究进展

灵敏、复杂的嗅觉对于昆虫的生存和繁殖至关重要。触角是昆虫主要的嗅觉器官,其表面覆盖着大量各种类型的嗅觉感受器,这些感受器能够感受环境中的挥发性化合物,并将感受到的化学信号转化为电信号。电信号首先经嗅觉受体神经元传递到大脑中的初级嗅觉中枢触角叶,不同来源的信号在此被初步整合加工,再经投射神经元投射到高级神经中枢蘑菇体和侧角叶,蘑菇体主要与后天的气味学习行为有关,而侧角叶主要负责先天的气味行为反应。本文以模式昆虫果蝇和鳞翅目昆虫为主,综述了昆虫嗅觉中枢系统对外周信号整合编码的研究进展。研究人员依靠黑腹果蝇Drosophila melanogaster遗传操作技术的便利在该领域取得了快速进展,系统阐释了初级嗅觉中枢对气味信息的整合与向下传递以及高级嗅觉中枢对这些信息的再次加工。由于遗传操作的限制,其他昆虫与果蝇相比研究进展较慢,目前研究主要局限于对鳞翅目昆虫中枢神经系统的结构解剖和触角叶内各类神经元的记录等。因此,我们建议展开以下研究:(1)利用模式昆虫果蝇,全面解析侧角叶对气味信息的编码,阐明其对各类气味特异行为反应的神经机制;(2)大力发展非模式昆虫的遗传操作技术,结合双光子钙离子成像等...     

多巴胺对昆虫生殖的调控

多巴胺(dopamine, DA)可以调节昆虫的生殖行为,促进昆虫生殖系统的成熟发育.雄性果蝇(Drosophila)性行为受脑后外侧多巴胺能神经元(PPL2ab)调节,这些神经元的DA合成能力影响雄虫之间以及雌雄之间的求偶行为.果蝇雄成虫脑内DA含量影响性取向, DA水平过高或过低都会诱发雄性果蝇之间的同性求偶行为. DA还参与昆虫生殖行为转变和交配后行为的调节. DA可以作为神经激素,调节昆虫的味觉和嗅觉感受,中枢神经系统内DA对昆虫生殖行为的调节涉及多巴胺/蜕皮激素受体(DopEcR)和蜕皮酮的协同作用,果蝇后脑P1神经元在雄虫求偶信息回路中发挥重要作用. DA可以促进卵成熟发育,调节社会性昆虫生殖状态.对卵成熟发育的促进与DA受体表达的发育阶段性差异有关,并涉及DA、章鱼胺(octopamine, OA)、保幼激素(juvenile hormone, JH)、蜕皮激素(molting hormone, MH)之间的相互作用.黑腹果蝇幼龄雌虫咽侧体(corpus allatum, CA)内多巴胺D2型受体(DD2R)表达水平远低于性成熟雌虫,多巴胺D1型受体(DopR)表达水平远高于成熟雌虫,而DD2R在性成熟雌虫咽侧体内的表达水平远高于幼龄雌虫. DopR, DD2R在脂肪体细胞中的表达情况与CA相反. DA, JH, MH, OA之间的互作通过对相关基因表达和代谢酶活性调节实现.上述激素间的互作还涉及类胰岛素(insulin-like peptides, ILPs)及其信号途径.蜜蜂工蜂的生殖状态受蜂王上颚信息素(queen’s mandibular gland pheromone, QMP)、幼虫信息素、卵巢D2型受体基因的调节. DA对昆虫生殖调控的研究,可以为新药剂开发以及人类脑科学和神经系统疾病机制研究提供参考.     

进化基因组学在昆虫天然免疫研究中的应用前景

整合基因组学和进化论而发展起来的进化基因组学正在逐渐改变传统昆虫学的研究模式。对昆虫天然免疫的研究已不再仅仅依靠实验学方法。3种全基因组序列被破译的模式昆虫(黑腹果蝇、冈比亚按蚊和意大利蜜蜂)将为这些研究引入新的方向。该文将以模式昆虫为代表,简要介绍如何利用进化上的趋同和趋异概念建立一特定昆虫物种的抗微生物肽基因蓝图;以及如何利用基因组数据和进化分析方法鉴定控制昆虫Toll信号通路关键组分Spatzle配体的进化优势位点。     

道地产区阳春砂仁中华蜜蜂访花行为及携粉特征研究

作为我国四大南药之一,阳春砂仁Amomum villosum Lour.具有多重功效和悠久的应用历史。阳春砂仁的道地产区为广东省阳春市及周边地区。长久以来,受制于野生优势传粉昆虫资源匮乏,道地产区阳春砂仁自然结实率低、产量低,已严重影响到当地相关产业可持续发展。本研究观察道地产区阳春砂仁的开花过程及花朵形态,记录访花昆虫种类,并着重分析了中华蜜蜂的访花行为特点和传粉潜能。观察发现,阳春砂仁花朵形态特征不利于自花传粉及一般昆虫传粉,但其花朵散粉量和泌蜜量均较大而有利于吸引昆虫传粉。本研究共调查到4种访花昆虫,分别为中华蜜蜂Apis cerana cerana Fabr.、黑头酸臭蚁Tapinoma melanocephalum Fabr.、果蝇1种Drosophila sp.和欧洲球螋Forficula auricularia L.,其中,中华蜜蜂是主要访花昆虫。中华蜜蜂存在采粉和采蜜两种采集行为,且存在显著偏好性,其更频繁采集砂仁花蜜(平均占比77.4%),而不是花粉(平均占比22.6%),采粉行为具有潜在传粉功能,而采蜜行为则不具有传粉作用。另外,中华蜜蜂虫体各部位在采集过程中都可能...     

昆虫卵黄原蛋白功能多效性：以蜜蜂为例

卵黄原蛋白是昆虫卵黄发生的关键物质。随着RNA干扰技术在功能基因研究中的应用和发展,昆虫卵黄原蛋白特别是蜜蜂卵黄原蛋白被发现具有气候适应、激活卵巢、生殖竞争、劳动力分化、行为构建、延长寿命、转化食物等多种功能,因此又被称为多效性蛋白。许多针对蜜蜂卵黄原蛋白功能和调控机制的假说也相继提出,如“交互抑制假说”、“循环反馈机制”、“卵黄原蛋白转化蛋白胨机制”,表明蜜蜂卵黄原蛋白已经由雌虫繁殖过程的一个下游因子上升为高等社会性昆虫主要生命周期的调控子,不仅极大地促进了昆虫社会生物学的研究,对其他具有复杂繁殖行为的昆虫的研究也具有重要的参考意义。针对近年来这一领域相继取得的重大突破,本文以蜜蜂为例介绍了昆虫卵黄原蛋白功能多效性的研究进展,包括卵黄原蛋白的理化性质与分子进化,发生与调控,功能多效性及其研究方法等     

昆虫性别决定级联的研究进展

性别决定是发育和进化生物学研究的一个重大问题。已知大多数昆虫的性别决定级联为：初级信号因子→性别决定关键基因→双性基因→性别分化基因。尽管遵循这样的模式,但不同昆虫的性别决定基因和调控机制各不相同,特别是性别决定初级信号因子存在较大分歧。自黑腹果蝇Drosophila melanogaster的初级信号被发现以来,人们陆续确定了蚊子、蜜蜂、丽蝇蛹集金小蜂Nasonia vitripennis、家蚕Bombyx mori等模式昆虫的初级信号。初级信号的种类复杂多样,包括性染色体的剂量、雄性化因子(male-determining factors, M factors)、等位基因的杂合度、母代印记等,这在一定程度上增加了非模式昆虫的研究难度。尽管如此,昆虫性别决定级联的下游调控机制仍相对保守,特别是transformer(tra)+transformer2(tra2)→doublesex(dsx)/fruitless(fru)的调控模式在大多数昆虫中存在共性。tra通过感知初级信号而发生选择性可变剪接,并在tra2的帮助下实现其对自身及下游dsx和fru的剪接调控,从而维持性别发育。dsx...     

保幼激素在昆虫中的分子作用机理

随着分子生物学技术的快速发展,对生态环境中各类生物的研究,包括对生物某些特定基因结构和功能的研究等逐步拓展和加深。保幼激素(Juvenile Hormone,JH)是由咽侧体(Corpus Allatum,CA)分泌的,在昆虫发育、变态和生殖过程中起重要作用的激素。目前对JH信号传导途径的作用机理还不十分清楚。现有研究表明,Kruppel homolog-1(Kr-h1)是一种含C2H2锌指结构的转录因子,处于保幼激素信号途径下游,在保幼激素信号通路中起着重要作用。已报道的Kr-h1基因的功能主要包括:调控幼虫生长发育和变态,与蜜蜂的觅食行为密切相关,参与果蝇幼体神经细胞的形成等等。对就近十年来Kr-h1基因的特性和功能研究作一个综述以了解不同昆虫中保幼激素的分子作用机制,为开发生物农药奠定理论基础,也为维护良好的生态环境作出理论贡献。     

昆虫TMED基因进化及家蚕TMED基因表达模式分析

跨膜p24 (transmembrane emp24 domain, TMED)基因与哺乳动物的免疫反应、信号传导、生长发育和疾病发展等密切相关。然而，昆虫中仅有果蝇TMED的报道。本研究从基因组鉴定了家蚕、赤拟谷盗、烟草天蛾和意大利蜂的TMED家族基因，并发现1个α类、1个β类、1个δ类和多个γ类的TMED家族基因成员构成模式产生于膜翅目分化前昆虫的共同祖先，而果蝇类TMED家族成员构成在进化中形成了独特模式。昆虫TMED家族γ类基因进化速度较快，分化成了TMED6-like、TMED5-like和TMED3-like这3个独立的亚类。TMED5-like基因在膜翅目昆虫发生了丢失，在鳞翅目昆虫祖先中发生了复制，在果蝇类发生了重复。昆虫TMED蛋白除具有典型的TMED结构特征外，还有明显的信号肽。家蚕7个TMED基因分布在6条染色体上，1个基因为单外显子，6个基因为多外显子。从幼虫组织克隆了家蚕7个TMED基因的开放阅读框(open reading frame, ORF)全序列并登录到GenBank数据库。BmTMED1、BmTMED2和BmTMED6在家蚕各个时期和组织中均表达，所...     

FADD形成淀粉样蛋白纤维及其在果蝇免疫信号传递中的作用

探究果蝇FADD(Fas-associateddeathdomain-containingprotein)淀粉样蛋白纤维的形成及对IMD(Immune deficiency)信号通路中信号传递的影响,有助于更清楚地了解昆虫先天免疫信号通路中的调节机制,为其他物种的免疫调控提供参考。通过原核表达纯化dFADD蛋白、硫黄素T结合和透射电子显微镜观察等鉴定dFADD在体外纤维的形成;通过构建dFADD真核表达载体,SDD-AGE检测、共聚焦显微镜观察等探究dFADD在果蝇S2细胞内纤维聚合物的形成;构建dFADD结构域突变体,检测纤维形成的关键结构域及对IMD信号传递的影响。结果表明,dFADD在体外和细胞水平上都能聚合形成淀粉样蛋白纤维聚合物;纤维的形成是由dFADD的DED (Death-effector domain)结构域决定的,当DED结构域缺失时,dFADD以单体形式存在;双荧光素酶报告系统的检测结果显示,dFADD只有形成纤维时,才能诱导下游抗菌肽的表达,表明纤维形成是IMD信号传递的关键。本研究揭示了dFADD通过形成淀粉样蛋白纤维参与IMD信号通路中介导IMD与Dredd级联传导的作用,进一步加深了对淀粉样蛋白纤维不仅在哺乳动物,也在昆虫的免疫信号通路中传递信号这一保守功能的认识。     

隐花色素蛋白光依赖磁感应机制研究进展

隐花色素(Cryptochrome,CRY)蛋白是一种对蓝光敏感的蛋白,在植物中主要调节生长及发育,是果蝇等昆虫光信号的接收者,在哺乳动物中扮演调节生物钟的角色。CRY蛋白作为磁光信号感受器受到广泛关注,其结构中的保守的色氨酸三联体与辅因子黄素腺嘌呤二核苷酸(flavin adenine dinucleotide,FAD)间自由基电子对是CRY蛋白具有光依赖的磁感应功能的关键因素。该文对CRY蛋白的分类及结构特征、光依赖磁感应机制的研究进展进行了综述,并对目前CRY蛋白研究中存在的问题及未来研究方向进行了展望。     

蜜蜂肠道微生物与其社会性的关系

蜜蜂是一种典型的营群居生活的社会性昆虫,相比独居生活的昆虫,其肠道微生物具有独特的区系结构。这种独特肠道微生物与其社会性之间的关系是一个重要的科学问题。现有研究显示,蜜蜂肠道的优势菌包括9大类群。消化道不同区段的优势菌种类和丰度存在差异。主要表现为前肠种类少、丰度低、后肠种类多、数量大,占了全消化道微生物的99%以上。不同社会分工的蜜蜂肠道微生物区系结构存在差异,肠道微生物会通过影响胰岛素信号的传导、保幼激素和卵黄原蛋白的合成以及蜜蜂抗氧化应激的能力等对蜜蜂的级型分化、社会分工、摄食行为及寿命长短产生调节作用。除此之外,蜜蜂肠道微生物还具有激活免疫、抑制病原菌生长、降解食物、促进养分吸收、解毒、发酵蜂蜜和蜂粮等作用。主要针对蜜蜂肠道微生物的基本特征及其与蜜蜂社会性的关系作一简要综述。     

利用DNA免疫技术制备SAX蛋白多克隆抗体

骨形态发生蛋白(BMP)属于细胞因子和转化生长因子β(TGF-β)超家族,在胚胎形态发生和器官形成中起重要作用,但目前缺乏BMP信号通路I型受体SAX的各类抗体。本文利用果蝇胚胎提取出总RNA,反转录得到cDNA,将其作为模板通过PCR得到sax基因片段,将片段连接到pCAGGS-P7上,构建成重组质粒pCAGGS-P7-sax。采用质粒DNA免疫技术,免疫了BALB/C小鼠,制备了果蝇SAX蛋白多克隆抗体。进一步分析表明,构建的真核表达重组质粒pCAGGS-P7-saxDNA具有良好的免疫原性,在免疫小鼠后所获得的抗血清抗体效价达1∶100。Western blot和果蝇胚胎免疫荧光检测表明,抗血清能特异型地识别SAX蛋白。果蝇SAX抗体的成功制备为进一步研究sax基因及BMP信号在果蝇心脏发育中的作用奠定了基础。     

中华蜜蜂气味结合蛋白基因OBP4的分子特性及时空表达

气味结合蛋白OBPs在蜜蜂识别气味分子和生理反应的过程中起到了十分重要的作用。本研究通过利用生物信息学软件预测分析中华蜜蜂Apis cerana cerana气味结合蛋白基因OBP4(AcerOBP4)编码的蛋白理化特性和结构特征;采用MEGA 5.2软件中的邻位相连法(Neighbor-joining, NJ)构建AcerOBP4及其它昆虫OBPs的系统发育树;通过qRT-PCR技术分析AcerOBP4在中华蜜蜂的哺育蜂、采集蜂和1日龄工蜂各组织的表达情况。结果表明,中华蜜蜂和意大利蜜蜂Apis melliferaOBP4(AmelOBP4)氨基酸同源性为78%,AcerOBP4在中华蜜蜂的触角表达量最高,其次是足和头部组织表明该基因与蜜蜂的嗅觉行为密切相关。此外,AcerOBP4在蜜蜂脑部有一定的表达,但是在腹部组织表达量很低。该研究结果丰富了蜜蜂OBPs表达特性的研究数据,同时也为继续深入研究OBP4在中华蜜蜂中是否影响嗅觉行为提供了基础。     

中华蜜蜂气味结合蛋白AcerOBP14的表达及配体结合特性分析

[目的]气味结合蛋白(odorant binding proteins,OBPs)在昆虫寄主定位、产卵地选择等行为中发挥着重要作用,明确中华蜜蜂Apis cerana cerana AcerOBP14与配体的结合特性有助于阐明中华蜜蜂嗅觉识别的分子机制.[方法]通过qRT-PCR测定OBP14在20日龄中华蜜蜂成年工蜂...     

阿魏传粉昆虫及其访花行为的初步研究

对新疆阿魏访花昆虫种类、昆虫访花频次、昆虫访花时间及昆虫访花行为进行了初步研究。在盛花期观察中,(1)发现有5目、23科、45种昆虫进行了访花,其中传粉昆虫4科7种,均属蜜蜂总科;(2)各类昆虫访花频次在不同观察时间变化较大,传粉蜜蜂仅出现在其中一个观察日中;(3)不同种类昆虫在花上的停留时间差异很大,传粉昆虫停留时间很短,鞘翅目昆虫停留时间最长。进入始果期后,昆虫的访花行为是围绕花盘的蜜腺展开的。     

ame-let-7调节蜜蜂劳动分工行为的研究进展

意大利蜜蜂是典型的社会性昆虫,存在与年龄相关的劳动分工行为,一直是人类研究动物行为的最佳模式生物。蜜蜂行为可塑性是劳动分工的重要特点,与其自身脑部神经结构变化、脑部基因表达变化及体内激素水平等有关。miRNAs与靶基因特异性结合,发挥多种生物调节功能。miR-let-7介导靶基因在动物发育及病理方面的研究较深,但对动物行为可塑性的调控机理尚未明确。本文就ame-let-7影响蜜蜂哺育蜂与采集蜂的劳动分工行为研究进行总结,主要从ame-let-7的表达模式、其对蜜蜂行为可塑性调节作用、对蜜蜂糖反应及学习记忆能力的影响及其相关靶基因的研究等方面进行归纳,为深入研究ame-let-7对蜜蜂行为可塑性的调控机制提供理论依据。