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。     

褐飞虱Nl15基因的克隆及功能分析

【目的】植食性刺吸式口器昆虫的唾液蛋白参与调控植物抗虫防御反应,影响其对寄主植物的适应性。本研究旨在通过克隆褐飞虱Nilaparvata lugens重要唾液蛋白基因Nl15,调查其时空表达模式,明确其在褐飞虱致害性中的作用。【方法】基于褐飞虱IR56种群转录组数据,用RT-PCR克隆褐飞虱基因Nl15 cDNA序列,并进行生物信息学分析。利用qPCR检测其在褐飞虱TN1和IR56种群不同发育阶段(卵、1-5龄若虫和雌雄成虫)和雌成虫不同组织(头、胸、腹和足)中的表达模式。通过显微注射dsRNA对褐飞虱TN1和IR56种群的4龄若虫进行Nl15的RNAi,利用qPCR检测Nl15 RNAi后褐飞虱若虫中Nl15的相对表达量以及Nl15 RNAi后褐飞虱若虫取食3 d时水稻植株中防御相关基因(OsLecRK4, OsMPK10, OsWRKY24, OsLox, OsNPR1和OsGns5)的相对表达量,并生物测定Nl15 RNAi后褐飞虱的存活率以及成虫蜜露量和体质量增量。【结果】克隆了褐飞虱Nl15 cDNA序列(GenBank登录号：OK181113),其开放阅读框长1 008 bp;预测编码335个氨基酸,理论等电点为7.54,分子量为38.7 kD,含有23个氨基酸的信号肽序列和一个糖基化修饰位点,不存在跨膜结构域和其他已知的功能域;Nl15与灰飞虱Laodelphax striatellus同源蛋白氨基酸序列一致性为45%。发育表达谱结果表明,Nl15在褐飞虱各个发育阶段均表达,在3-4龄若虫中的表达量最高;组织表达谱结果表明,Nl15在褐飞虱雌成虫头部中的表达量最高,且在IR56种群头部中的表达量高于在TN1种群头部中的。RNAi实验结果表明,与注射dsGFP的对照组相比,注射dsNl15的处理组中Nl15的表达量显著降低了89.5%,褐飞虱的存活率以及成虫蜜露量和体质量增量均显著降低,上述6个水稻防御相关基因的表达量显著上调。【结论】褐飞虱IR56种群中的Nl15参与褐飞虱与水稻的防御与反防御分子互作。本研究为进一步阐述褐飞虱克服抗虫基因的机制及揭示昆虫与植物互作的分子网络提供了思路。     

褐飞虱胰岛素酶基因的结构特点研究

胰岛素酶通过影响胰岛素的含量在稻飞虱翅型分化中起到重要的调控作用。本研究借助已获得的白背飞虱胰岛素酶的部分氨基酸序列,成功从褐飞虱转录组数据库中比对到带有褐飞虱胰岛素酶基因的c DNA序列,该序列含有一个带有起始密码子ATG和终止密码子TGA的开放阅读框,全长为1425 bp,编码的蛋白质具有胰岛素酶的典型结构:Peptidase_M16超家族和Peptidase_M16_C超家族。再将开放阅读框序列与褐飞虱基因组序列进行比对,得到胰岛素酶基因全长为1 674 bp,含有5个外显子和4个内含子。这是首次有关褐飞虱胰岛素酶基因结构的详细报道,为该基因的体外表达和功能研究打下了良好基础,将有利于探索该酶在稻飞虱翅型分化中的具体调控机制。同时本研究还发现胰岛素酶基因上游320 bp至858 bp处存有一个CpG岛区域,由于甲基化通常发生在基因上游的CpG岛区域,从而调控基因的表达,因此推测这个CpG岛区域可能存在甲基化现象,且在不同翅型的飞虱中甲基化水平存在差异,从而影响翅型分化。这一推测一旦获得实验验证,将有助于深入了解稻飞虱翅型分化的机制。     

褐飞虱蜕皮激素合成相关Halloween基因的克隆及功能分析

【目的】蜕皮激素(ecdysone)是调控昆虫生长发育和繁殖的重要激素,其合成主要由5个称为Halloween基因编码的细胞色素P450(spook/CYP307A1,Phantom/CYP306A1,disembodied/CYP302A1,shadow/CYP315A1和shade/CYP314A1)参与。褐飞虱Nilaparvata lugens系东南亚和东亚地区危害最为严重的水稻害虫之一,以蜕皮激素调控基因为靶标,应用RNAi技术防控褐飞虱正逐步成为研究热点。本研究旨在揭示褐飞虱体内Halloween基因的功能,为褐飞虱的防控和新农药的开发提供理论依据。【方法】本研究基于褐飞虱基因组和转录组数据,利用RT-PCR技术克隆了参与蜕皮激素合成的5个Halloween基因;利用生物信息学软件预测分析其编码蛋白的结构特性;利用MEGA5.0邻接法构建系统进化树;利用实时荧光定量PCR技术研究其时空表达特征;利用注射法RNAi技术分析Cyp314a1基因表达下调对褐飞虱生长发育和繁殖的影响。【结果】克隆获得褐飞虱的5个Halloween基因,即NlCyp307a1(Gen Bank登录号:KM217014.1),NlCyp306a1(Gen Bank登录号:KM217013.1),NlCyp302a1(Gen Bank登录号:KM216995.1),NlCyp315a1(Gen Bank登录号:KM216998.1)和NlCyp314a1(Gen Bank登录号:KU928172)。进化分析表明,这5个基因分属于CYP2和线粒体两大类群,并与各自的同源基因聚类在一起,说明Halloween基因和蜕皮激素合成途径在昆虫进化过程中十分保守。Nl CYP314A1具有5个P450的保守结构域和两个跨膜结构域,是典型的线粒体酶。qRT-PCR检测结果显示,5个Halloween基因的表达量在整个褐飞虱5龄若虫期内呈现波动状,且均在5龄若虫蜕皮后的24 h和60 h出现表达量峰值。NlCyp314a1在褐飞虱发育各个龄期均表达,且在成虫中表达量最高;NlCyp314a1在胸部表达量较头部和腹部高,其在脂肪体中的表达量最高,其次是在足、表皮、翅芽中,中肠中表达量最低。利用注射法RNAi对NlCyp314a1基因进行沉默后,NlCyp314a1的表达量在注射后第4天较对照极显著降低84.6%(P0.01),同时蜕皮激素通路下游的响应关键基因Nl FTZ-F1的表达量较对照极显著降低64.1%(P0.01)。表型观察发现,NlCyp314a1表达量的下调导致了褐飞虱蜕皮困难,出现畸形虫体,第7天死亡率大于95%,且NlCyp314a1表达量的下调导致了褐飞虱卵巢发育畸形。【结论】褐飞虱蜕皮激素合成相关的Halloween基因在进化上非常保守,Halloween基因功能的研究揭示了褐飞虱体内Halloween基因对于褐飞虱蜕皮和繁殖的重要性。其表达水平的降低导致了褐飞虱生长发育和繁殖受阻,提示褐飞虱Halloween基因可用于褐飞虱蜕皮和繁殖进程的调控,同样也为Halloween基因在褐飞虱防治方面的潜在应用提供了依据。     

褐飞虱过氧化物酶基因NlPOD1的克隆、鉴定及功能分析

【目的】探明褐飞虱Nilaparvata lugens过氧化物酶基因NlPOD1的分子特性、表达模式和生物学功能。【方法】基于褐飞虱转录组数据,利用PCR技术克隆获得NlPOD1基因全长cDNA序列;利用生物信息学手段分析其序列特征;通过qRT-PCR技术检测NlPOD1在褐飞虱不同发育时期(卵、1-5龄若虫和初羽化雌雄成虫)和5龄若虫不同组织(头部、脂肪体、血淋巴和肠道)中的表达水平,以及不同微生物(大肠杆菌Escherichia coli、金黄色葡萄球菌Staphylococcus aureus和金龟子绿僵菌Metarhizium anisopliae)（1×10⁷/mL）注射感染褐飞虱5龄若虫不同时间后的诱导表达模式;利用RNAi技术沉默褐飞虱 5 龄若虫NlPOD1基因,并通过生物测定分析NlPOD1基因沉默和接种金龟子绿僵菌(1×108/mL)后褐飞虱的存活率及致死中时(LT₅₀)。【结果】获得褐飞虱NlPOD1全长 cDNA 序列(GenBank登录号: MZ682107),其开放阅读框长2 049 bp,编码682个氨基酸,含有一个典型的动物亚铁血红素过氧化物酶结构域(An_peroxidasedomain),且N端包含一段由29个氨基酸残基组成的信号肽。系统发育分析表明,NlPOD1与半翅目其他昆虫的POD亲缘关系较近,其中与茶翅蝽Halyomorpha halys POD亲缘关系最近。发育表达谱结果表明,NlPOD1在褐飞虱不同发育阶段均有表达,其中卵期表达量最低,5龄若虫中表达量最高;组织表达谱结果表明,NlPOD1在褐飞虱5龄若虫不同组织中均有表达,且肠道和血淋巴中的表达量显著高于头部和脂肪体中的;微生物诱导表达模式表明,与注射PBS的对照组相比,大肠杆菌诱导48 h内各时间点NlPOD1在褐飞虱5龄若虫中的表达量显著上调,而在金黄色葡萄球菌和金龟子绿僵菌诱导下,NlPOD1表达量均呈现先上调后回稳的态势。RNAi分析结果显示,显微注射dsNlPOD1可显著抑制NlPOD1的表达水平。通过RNAi抑制NlPOD1表达后褐飞虱5龄若虫存活率不变,但注射dsNlPOD1联合金龟子绿僵菌感染对褐飞虱5龄若虫的LT₅₀(4.5 d)显著低于注射dsGFP联合金龟子绿僵菌感染的对照组的LT₅₀(5.4 d),说明沉默NlPOD1后褐飞虱对金龟子绿僵菌侵染的抵御能力显著降低。【结论】NlPOD1在褐飞虱病原防御过程中发挥重要作用,可作为开发RNAi和病原真菌联合介导的褐飞虱防治技术中的一个潜在靶标。     

褐飞虱自噬相关基因NlATG13的表达与功能分析

【目的】自噬参与多种细胞生理过程,自噬相关蛋白ATG13是ATG1/13复合物的组成部分, 在启动自噬中发挥着重要作用。本研究旨在分析ATG13在褐飞虱Nilaparvata lugens中发挥的功能,评估其作为害虫防治靶标的潜力。【方法】基于褐飞虱转录组数据,利用RACE克隆褐飞虱NlATG13的cDNA全长序列;应用生物信息学技术分析NlATG13的核苷酸和氨基酸序列特征。利用RT-qPCR检测其在褐飞虱不同发育阶段(1-5龄若虫和雌雄成虫)和不同组织(5龄若虫头、胸、中肠和脂肪体以及刚羽化雌成虫的卵巢)中的表达模式。通过显微注射dsNlATG13至3龄若虫进行RNAi敲减NlATG13的表达,探究其对褐飞虱生存和中肠细胞自噬的影响;利用RT-qPCR检测RNAi 4 d时3龄若虫中糖原合成与代谢通路相关基因NlGSK3, NlGS和NlGP的表达量。【结果】克隆得到NlATG13的cDNA全长序列(GenBank登录号: MF805752),其开放阅读框长1 203 bp,编码一个含400个氨基酸的蛋白质(GenBank登录号: AWW05678.1)。系统发育分析表明,在纳入分析的物种中,NlATG13蛋白与半翅目温带臭虫Cimex lectularius和茶翅蝽Halyomorpha halys的ATG13蛋白进化关系较为接近。发育表达谱结果表明NlATG13在褐飞虱3和5龄若虫中的表达量显著高于在1-2龄若虫、雌成虫和雄成虫中的; 组织表达谱结果表明NlATG13在5龄若虫头部和脂肪体中的相对表达量较高,在胸部的表达量最低。RNAi结果显示,与dsGFP对照组相比dsNlATG13处理组中褐飞虱中肠细胞中存在明显的糖原颗粒积累,NlGS, NlGSK3和NlGP的表达量均无显著变化,组织ATP含量显著降低;褐飞虱的存活率显著降低,处理第10天时褐飞虱存活率下降到41.4%,而dsGFP对照组的存活率保持在85.6%的较高水平。【结论】 RNA干扰NlATG13基因对褐飞虱的生存和中肠细胞自噬具有显著的抑制效果,NlATG13基因具有作为褐飞虱防治靶标的潜力。     

褐飞虱磷脂酰肌醇3激酶p85α亚基基因NlPIK3R1的克隆与功能分析

【目的】PI3K信号通路在生物体中发挥重要功能,涉及糖和脂质的代谢、细胞和组织生长以及生物个体寿命等。本研究旨在探明该通路中磷脂酰肌醇3激酶(PI3K)在褐飞虱Nilaparvata lugens中的功能。【方法】根据转录组提供的PI3K p85α核心序列信息,应用c DNA末端快速克隆的技术(RACE)获得了编码PI3K p85α的基因Nl PIK3R1的全长c DNA(Gen Bank登录号为KP635379),并应用荧光定量PCR和通过给成虫喂食ds Nl PIK3R1对Nl PIK3R1进行RNA干扰(RNAi)分别对该基因的表达规律和功能进行了研究。【结果】荧光定量PCR测定结果表明,Nl PIK3R1在褐飞虱若虫和雄成虫中表达量均较低,但在怀卵雌成虫中大量表达。RNAi结果表明,给褐飞虱成虫喂食0.1和0.5μg/μL ds Nl PIK3R1均导致Nl PIK3R1的表达明显受到抑制,高浓度组的抑制效果尤为明显。喂食ds Nl PIK3R1对褐飞虱成虫具有极显著致死效果,高浓度组的褐飞虱成虫在饲喂第7天时存活率仅为37.5%,相比于空白对照组(87.00%)和ds GFP对照组(76.67%)均达到了极显著差异(P0.01)。对Nl PIK3R1的RNAi导致褐飞虱成虫羽化率下降和体重变轻。【结论】本研究结果显示,Nl PIK3R1基因对褐飞虱的生存、生长和发育具有重要作用,可以作为防治褐飞虱的潜在靶标。     

褐飞虱属的两个新种记述

褐飞虱属Nilaparvata Distant,1960在全世界共记录有16种,在我国及邻近地区常见的是褐飞虱Nilaparvata lugen(Stal),拟褐飞虱Nilaparvata bakeri(Muir)和伪褐飞虱(Nilaparvata muiri China等,其中褐飞虱是水稻上的重要害虫。最近在整理从云南省思茅采集的飞虱标本中,发现有褐飞虱属的2个新种,分别命名为线斑褐飞虱Nilaparvata lineolae Huang et Tian 和粟褐飞虱 Nilaparvata castaneaHuang et Ding。褐飞虱属的主要特征是后足第1附节上有一到数个小刺,易于和飞虱科中的其它各属相区别,但褐飞虱属中的种类在形态上都很相似,为了避免与害稻的褐飞虱相混淆,兹将褐飞虱属的两个新种给予描述。新种模式标本保存在南京农学院植保系昆虫标本室。     

抗褐飞虱基因的发掘、鉴定与利用

水稻是我国最重要的粮食作物,而褐飞虱是水稻生产中的主要害虫,培育与利用抗褐飞虱的水稻品种是综合防治褐飞虱的基础。现从水稻抗褐飞虱种质资源、水稻抗褐飞虱基因的定位与克隆、水稻抗褐飞虱的分子机理,以及抗褐飞虱水稻的培育等方面,综述水稻抗褐飞虱基因研究的最新成果。     

水稻与褐飞虱的相互作用研究进展

褐飞虱(Nilapavata lugens,brown planthopper,BPH)是水稻生产中最重要的害虫.水稻与褐飞虱互作机制的研究为培育新的水稻品种做出了贡献.本文综述了栽培稻和野生稻中分离定位的抗褐飞虱基因,以及褐飞虱唾液蛋白、水稻和褐飞虱代谢物和褐飞虱共生菌在水稻-褐飞虱互作关系中的作用.目前从栽培稻和野生稻中鉴定了 40个抗褐飞虱基因,褐飞虱取食的信号转导开启水稻抗性基因的表达和防御机制的改变,包括筛管封闭、次生代谢产物的产生,以及蛋白酶抑制剂的诱导等.褐飞虱的唾液蛋白以及体内存在多种共生微生物对褐飞虱的生长发育和适应抗性都起到一定作用,但目前提出的水稻-褐飞虱分子相互作用的模型仍有许多方面有待研究.     

海藻糖酶基因TRE2-like和TRE2在异色瓢虫羽化过程中的表达与功能

【目的】异色瓢虫Harmonia axyridis是一种重要的捕食性天敌昆虫,海藻糖在异色瓢虫的变态发育、羽化等整个生命过程都起着重要的作用。本研究以前期获得的类似膜结合型海藻糖酶(TRE2-like)与膜结合型海藻糖酶(TRE2)基因为基础,探讨在异色瓢虫羽化阶段这两个海藻糖酶的潜在功能,为阐明异色瓢虫从蛹发育到成虫时海藻糖代谢机制提供参考。【方法】根据TRE2-like和TRE2基因序列设计双链RNA(dsRNA)区域片段并合成对应的dsRNA,通过RNAi将其注射到异色瓢虫2日龄蛹中。采用实时荧光定量PCR(RT-qPCR)检测RNAi处理后羽化第1天的异色瓢虫成虫糖代谢相关基因的表达;同时采用蒽酮比色法、酶标法等分别测定RNAi处理后羽化第1天的异色瓢虫成虫主要糖类物质含量及TRE活性变化,并观察异色瓢虫羽化后的表型变化。【结果】结果表明,与对照组(dsGFP注射组)相比,异色瓢虫2日龄蛹被注射TRE2-like或TRE2 dsRNA后,其新羽化成虫体内TRE2-like和TRE2表达量均极显著下调,且少数个体出现了蜕皮与翅形成困难等畸形表型。可溶性海藻糖酶活性在注射dsTRE2-like后显著降低,膜结合型海藻糖酶活性在注射dsTRE2后显著降低;注射dsTRE2后糖原含量显著下降,注射dsTRE2-like后糖原和海藻糖含量显著下降,注射dsTRE2-like+dsTRE2后糖原和葡萄糖含量显著下降,且海藻糖含量极显著下降。注射dsTRE2-like, dsTRE2和dsTRE2-like+dsTRE2后可溶性海藻糖酶基因TRE1-1和TRE1-2表达下降或显著下降,而TRE1-5表达上升或显著上升,海藻糖合成酶(trealose-6-phosphate synthase, TPS)、糖原磷酸化酶(glycogen phosphorylase, GP)、糖原合成酶(glycogen synthase, GS)基因的表达均显著下调。【结论】TRE2-like和TRE2基因表达被抑制后,异色瓢虫海藻糖等代谢受到影响。研究结果为探究异色瓢虫体内膜结合型海藻糖酶的潜在功能和调控机制奠定了基础。     

重金属镉胁迫对白纹伊蚊幼虫海藻糖代谢的影响

【目的】深入了解镉对白纹伊蚊Aedes albopictus的毒害作用机理和白纹伊蚊对极端环境的适应机制,揭示重金属胁迫对白纹伊蚊种群发生、疾病传播等可能存在的影响,为卫生害虫防控等提供参考依据。【方法】分别用200 mL配制好的50, 100, 200, 300和400 mg/L镉溶液对放置于320 mL一次性杯中长势一致的白纹伊蚊3龄末至4龄初幼虫急性染毒12 h,以双蒸水养殖幼虫作为对照。通过生化方法测定处理后12 h白纹伊蚊幼虫体内海藻糖、葡萄糖和总糖原含量以及可溶性海藻糖酶(TRE1)和膜结合型海藻糖酶(TRE2)活力,并采用qRT PCR测定这些幼虫体内海藻糖合成酶基因(TPS), TRE1和TRE2表达量。【结果】在200和300 mg/L重金属镉处理12 h时白纹伊蚊幼虫海藻糖含量显著增加,在高镉浓度(300和400mg/L)处理时葡萄糖含量显著下降,而不同镉浓度急性处理对总糖原含量没有影响。TRE1和TRE2活力在高镉浓度(300和400 mg/L)处理时显著下降。300 mg/L镉处理组TPS相对表达量达到最高值,TRE1和TRE2相对表达量在高镉浓度(300和400 mg/L)处理时显著下降,与酶活力变化趋势表现一致。【结论】当镉浓度低于半致死浓度(217 mg/L)时,镉急性胁迫使白纹伊蚊幼虫TPS基因表达上调,而TRE基因则表达量下降,TRE活力降低,从而促使葡萄糖转化为海藻糖,通过海藻糖的积累来应对镉胁迫压力。这些结果说明海藻糖在白纹伊蚊在重金属应激中起一定作用,白纹伊蚊幼虫可以通过合成海藻糖从而提高应对镉胁迫的抗逆能力。     

取食施硅水稻对褐飞虱成虫体内保护酶和解毒酶活性的影响

【目的】本研究旨在明确褐飞虱Nilaparvata lugens成虫取食施硅水稻对其体内保护酶及解毒酶活性的影响,为硅介导的水稻抗虫性的应用提供证据。【方法】以TN1(感虫品种)为供试水稻品种,采用营养液添加Na₂SiO₃·9H₂O的方法设置112 mg Si/L(Si+)和0 mg Si/L(Si-)2种施硅水平,通过酶活性分析测定取食Si+或Si-水稻植株24, 48, 72和96 h后褐飞虱成虫体内保护酶[过氧化氢酶(catalase, CAT)、过氧化物酶(peroxidase, POD)和超氧化物歧化酶(superoxide, SOD)]以及解毒酶[谷胱甘肽S-转移酶(glutathione-S-transferase, GST)、羧酸酯酶(carboxylesterase, CarE)和多功能氧化酶(mixed-functional oxidase, MFO)]活性的动态变化。【结果】与取食Si-水稻植株的褐飞虱成虫相比,取食Si+水稻植株24和48 h时,褐飞虱成虫POD活性分别显著增加101.2%和55....     

褐飞虱热胁迫下内参基因的筛选及热激蛋白基因表达分析（英文）

【目的】褐飞虱Nilaparvata lugens(Stl)是为害水稻的重要害虫之一,温度是影响其暴发、迁飞的主要环境因子之一。本研究旨在探讨研究褐飞虱对高温胁迫适应性的热激蛋白基因表达调控模式。【方法】分别以不同的高温(30℃~40℃)处理褐飞虱雌、雄虫1 h和2 h,利用荧光定量PCR技术检测其体内的β-actin 1,β-actin2,β-actin3,28S rRNA,18S rRNA和α-2-tubulin 6个内参基因的表达量,用geN orm和BestK eeper软件分析确定最稳定表达的内参基因,并检测热胁迫后hsp70和hsp90基因在处理褐飞虱成虫体内的表达模式。【结果】geN orm软件分析结果表明,热胁迫后褐飞虱内参基因稳定性在雌虫体内为:β-actin1=β-actin328S rRNAα-2-tubulin18S rRNAβ-actin2;在雄虫体内为:β-actin1=β-actin3α-2-tubulin28S rRNA18S rRNAβ-actin2。BestK eeper软件分析结果显示,在热胁迫的雌、雄虫体内β-actin1均最稳定,18S rRNA次之,β-actin2最不稳定。两种软件分析结果基本一致。以β-actin1为校正内参基因,荧光定量PCR分析hsp70和hsp90在不同热胁迫条件下的表达模式,结果表明,各高温处理下hsp70表达量与对照26℃下的表达量没有显著性差异;而hsp90基因表达模式表现为被高温诱导上调表达,在雌、雄虫体内表达量达到最高的处理条件分别为40℃和38℃处理2 h。【结论】β-actin1基因可以作为热胁迫下褐飞虱雌雄虫体内基因表达模式分析的校正内参基因使用。褐飞虱hsp90基因能被高温诱导表达,该基因可能在褐飞虱适应热胁迫过程中起着重要的作用。     

Knockdown of glycogen phosphorylase and glycogen synthase influences expression of chitin synthesis genes of rice brown planthopper Nilaparvata lugens

Glycogen synthase (GS) and glycogen phosphorylase (GP) are two key enzymes in the glycogen synthesis pathway, which catalyze trehalose and glucose transformation in insects. GS and GP can be regulated by trehalose metabolism, which plays an important role in insect growth. However, it is not known whether these genes can be targeted for pest control through regulation of chitin metabolism. We studied the function of Nilaparvata lugens GS and GP (NLGS and NLGP, respectively) using RNA interference, and reported that trehalose and the chitin biosynthesis pathways are regulated by GP and GS, especially TPS3, TRE1-1, and G6PI1, which decreased following knockdown of these two genes. The expression levels of TPS1, TPS2, and several chitin synthesis pathway family genes were significantly increased following dsNlGP injection. Additionally, despite there being no apparent change to the chitin content, an abnormal molting phenotype and wing deformity appeared, and close to 25% insects died. These results demonstrate that silencing of NLGP or NLGS can lead to molting deformities and an elevated mortality rate through the regulation of chitin pathway genes and chitinase genes. NLGP may play a key role in chitin synthesis due to the number of genes regulated, and higher deformity and mortality rates resulting from its knockdown.     

Met和Kr-h1基因在褐飞虱变态发育中的功能分析

【目的】保幼激素受体Methoprene-tolerant(Met)控制保幼激素信号传导途径中重要下游转录因子Krüppelhomolog 1(Kr-h1)的表达,调控昆虫的变态发育。本研究旨在探究褐飞虱Nilaparvata lugens Met基因与Kr-h1在褐飞虱变态发育中的功能。【方法】利用PCR技术扩增Nl Met基因的ORF序列。通过RNA干扰技术分别或同时沉默褐飞虱若虫的Nl Met和Nl Kr-h1基因,进一步研究其功能。【结果】克隆得到Nl Met,其开放阅读框包含1 185 bp,编码395个氨基酸,包括b HLH,PAS-A,PAS-B和PAC 4个结构域;其中PAS-B和PAC保守性较高,而b HLH和PAS-A保守性相对较低。采用RNA干扰技术沉默Nl Met和Nl Kr-h1基因后发现,单独对4龄若虫Nl Kr-h1基因干扰后,若虫阶段及初羽化雌虫和雄虫死亡率均显著上升(P0.05);对5龄若虫Nl Kr-h1基因干扰后只有若虫死亡率上升(P0.05),单独对Nl Met基因干扰后死亡率没有显著变化(P0.05);二者共同沉默后的死亡率同单独对Nl Kr-h1沉默时类似。此外,我们还发现单独对4龄若虫Nl Kr-h1干扰后在雌虫中出现了生殖器畸形,虽然Nl Met干扰并未出现生殖器发育畸形现象,但二者共同干扰后,在若虫、初羽化雌雄成虫中畸形比例均显著增加(P0.05)。【结论】Nl Met与下游转录因子Nl Kr-h1对褐飞虱变态发育起到重要作用,影响若虫到成虫的变态和外生殖器的发育。本研究有助于揭示Nl Met和Nl Kr-h1在昆虫变态发育中的重要作用。     

三种杀虫剂对褐飞虱海藻糖含量和海藻糖酶活性的影响

为了解农药处理导致褐飞虱Nilaparvata lugens (Stål）飞行能力增强的生理机制, 本文采用蒽酮法和酶促反应终止法, 研究了吡虫啉、 三唑磷和溴氰菊酯3种杀虫剂亚致死剂量对褐飞虱3龄、 5龄若虫及长、 短翅型雌雄成虫体内海藻糖含量和海藻糖酶活性的影响。结果表明： 杀虫剂处理的褐飞虱3龄若虫海藻糖含量和海藻糖酶活性与对照相比没有显著差异（P>0.05）。40 mg/L三唑磷处理的褐飞虱5龄若虫体内海藻糖含量显著低于对照（P<0.05）, 比对照降低了24%; 而20和40 mg/L三唑磷处理的褐飞虱5龄若虫海藻糖酶活性显著高于对照（P<0.05）, 分别比对照高出了100%和129%。10 mg/L吡虫啉, 20 和40 mg/L三唑磷以及3和6 mg/L溴氰菊酯处理的褐飞虱短翅雌成虫和雄成虫体内海藻糖含量显著低于对照（P<0.05）, 雌成虫体内海藻糖含量比对照分别降低了36%, 53%, 67%, 58%和69%, 雄成虫体内海藻糖含量比对照分别降低了59%, 71%, 65%, 70%和77%; 而40 mg/L三唑磷以及3和6 mg/L溴氰菊酯处理的褐飞虱短翅型雌成虫和雄成虫体内海藻糖酶活性显著高于对照（P<0.05）, 雌成虫体内海藻糖酶活性比对照分别高出了124%, 100%和88%, 雄成虫体内海藻糖酶活性比对照分别高出了146%, 132%和118%。10 mg/L吡虫啉, 40 mg/L三唑磷和3 mg/L溴氰菊酯处理的褐飞虱长翅型雌成虫和雄成虫海藻糖含量显著低于对照（P<0.05）, 雌成虫海藻糖含量比对照分别降低了44%, 34%和37%, 雄成虫体内海藻糖含量比对照降低了48%, 54%和43%; 而5和10 mg/L吡虫啉处理的长翅型雌成虫和雄成虫海藻糖酶活性显著高于对照（P<0.05）, 雌成虫体内海藻糖酶活性比对照分别高出了317%和300%, 雄成虫体内海藻糖酶活性比对照分别高出了170%和97%。这些结果说明这3种杀虫剂亚致死剂量处理可以增强褐飞虱体内海藻糖酶活性, 并导致海藻糖含量下降。本研究结果对深入阐明农药诱导褐飞虱再猖獗及杀虫剂处理增强其飞行能力的生理机制具有一定的科学价值。     

德国小蠊两个海藻糖合成酶基因的克隆、组织分布及温度诱导表达分析

【目的】海藻糖合成酶（trehalose-6-phosphate synthase, TPS）是参与昆虫血糖-海藻糖合成的关键酶。本研究旨在克隆德国小蠊 Blattella germanica TPS基因,研究TPS基因在德国小蠊不同组织中的表达模式及在不同温度处理下的表达情况。【方法】通过RACE技术克隆德国小蠊TPS基因全长序列,利用荧光定量PCR的方法检测TPS基因在德国小蠊5龄幼虫不同组织中的表达模式及在高温(40℃和46℃处理30 min)及低温(0℃和10℃处理1 h)逆境下的表达量变化。【结果】从德国小蠊中克隆获得2个TPS基因,分别命名为 BgTPS1 (GenBank登录号：KR050213) 和 BgTPS2 (GenBank登录号：KR050214)。其中,BgTPS1基因cDNA序列全长2 987 bp,开放阅读框 (ORF) 2 502 bp,编码833个氨基酸;BgTPS2基因cDNA序列全长3 212 bp,开放阅读框2 469 bp,编码822个氨基酸。BgTPS1和BgTPS2基因都主要在5龄幼虫脂肪体中表达,且BgTPS2基因的表达量为BgTPS1基因表达量的3.9倍。在两种不同极端温度诱导下,BgTPS1和BgTPS2基因mRNA均上调表达。其中,BgTPS2 的表达量始终显著高于 BgTPS1。在0℃时,BgTPS1和BgTPS2的表达量最高。【结论】德国小蠊5龄幼虫中存在2个TPS基因。两个TPS基因均在脂肪体中高表达,且BgTPS2基因的表达量显著高于BgTPS1基因;低温和高温诱导下均能促进两个基因的表达量上升。该结果为进一步明确昆虫海藻糖的合成途径及其在昆虫对温度逆境的反应中的作用研究奠定了基础。