褐飞虱丝氨酸蛋白酶抑制剂基因Nlserpin4的克隆及表达模式分析

【目的】克隆和分析褐飞虱Nilaparvata lugens丝氨酸蛋白酶抑制剂基因Nlserpin4,并探明其时空表达谱和病原真菌诱导表达模式。【方法】基于褐飞虱转录组和全基因组序列数据,利用PCR技术克隆得到褐飞虱Nlserpin4基因的全长cDNA序列;利用生物信息学手段分析其核苷酸和蛋白质序列特征;通过qRT-PCR技术检测其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(脂肪体、肠道、血淋巴和剩余虫体)中的时空表达谱,以及金龟子绿僵菌Metarhizium anisopliae注射感染褐飞虱5龄若虫不同时间后的诱导表达模式。【结果】克隆获得褐飞虱Nlserpin4基因全长cDNA序列(GenBank登录号:MN822802),其开放阅读框长1 227 bp,编码408个氨基酸,蛋白的相对分子质量和等电点分别为45.91 kD和6.23。氨基酸序列分析表明,Nlserpin4蛋白无糖基化位点,N端包含一段由23个氨基酸残基组成的信号肽,C端具有serpin蛋白家族典型的RCL区,且含有能被靶标蛋白酶识别的活性裂解位点。系统发育分析表明,Nlserpin...     

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。     

家蚕丝氨酸蛋白酶抑制剂20的表达特征分析

【目的】原核表达家蚕Bombyx mori丝氨酸蛋白酶抑制剂20(Serine proteinase inhibitor 20,Bm Serpin-20),分析Bm Serpin-20基因和蛋白组织表达分布特点,以及不同外源病原物刺激家蚕后Bm Serpin-20基因的表达模式。【方法】利用p ET-28a表达载体在大肠杆菌Transetta(DE3)中融合表达Bm Serpin-20蛋白,利用纯化的重组蛋白作为抗原免疫新西兰大白兔制备多克隆抗体,利用实时定量PCR技术及Western blot方法分别分析Bm Serpin-20基因和蛋白的组织表达水平,以及病原物免疫刺激后的表达模式。【结果】在大肠杆菌中正确表达和纯化了融合Bm Serpin-20蛋白,并制备了多克隆抗体;Bm Serpin-20基因和蛋白在脂肪体、中肠、血细胞、马氏管、表皮、睾丸、卵巢中均有表达,且在表皮中表达量最高;家蚕5龄幼虫经核型多角体病毒(Nuclear polyhedrosis viruses)、藤黄微球菌Micrococcus luteus、大肠杆菌Escherichia coli、白僵菌Beauveria bassiana处理后,Bm Serpin-20基因表达量先下调而后上调,但不同病原物在不同时间的影响不尽相同。【结论】研究了Bm Serpin-20基因和蛋白的表达模式,为下一步研究其在家蚕免疫系统中的作用奠定了基础。     

叉角厉蝽丝氨酸蛋白酶及抑制剂基因的克隆与表达分析

为明确叉角厉蝽Eocanthecona furcellata (Wolff)丝氨酸蛋白酶基因EfSP1及抑制剂基因EfSPI20的基因序列特征和时空转录特征,为其生理功能研究奠定基础。利用PCR克隆技术获得叉角厉蝽唾液腺EfSPI20和EfSP1的完整开放阅读框(Open reading frame, ORF)序列,使用生物信息学软件进行序列分析以及系统进化分析,采用实时荧光定量PCR (Real time quantitativate PCR,RT-qPCR)分析两个基因分别在叉角厉蝽不同发育时期和组织中的表达特征。结果表明,EfSPI20与EfSP1基因完整开放阅读框长度分别为378 bp和921 bp,分别编码125个氨基酸和306个氨基酸,预测均为亲水蛋白质,理论分子量分别为13.48 kDa和33.82 kDa,等电点分别为6.68和5.80,分别有30个和23个氨基酸残基的信号肽序列,EfSPI20有跨膜结构域,EfSP1无跨膜结构域。序列比对显示叉角厉蝽EfSPI20与茶翅蝽Halyomorpha halys PPI同源性最高,氨基酸序列一致性达58%;EfSP1与稻绿蝽Nezara viridula SP同源性最高,氨基酸序列一致性达66%;系统发育树显示叉角厉蝽与同为蝽科的茶翅蝽和稻绿蝽物种亲缘关系近。EfSPI20基因在雌雄成虫和唾液腺中高表达,推测EfSPI20可能具有抑制胰蛋白酶活性的功能和与叉角厉蝽的捕食消化相关;EfSP1基因在卵期、卵巢和肠道中高表达,推测EfSP1可能与叉角厉蝽的生殖功能和蛋白消化相关。     

绿僵菌及其与dsRNA混合使用对褐飞虱的防治效果

褐飞虱Nilaparvata lugens Stl是我国重要的迁飞性水稻害虫,本文研究了金龟子绿僵菌Metarhizium anisopliae及其与dsRNA混合使用对褐飞虱的防治效果。绿僵菌悬浮液1.6×108孢子/m L至8×106孢子/m L对褐飞虱2龄、4龄和成虫进行喷药,发现1.6×107孢子/m L对各个虫态虫龄均有良好致死效果,并且成虫和4龄若虫均好于2龄若虫。在交配行为上来看,绿僵菌处理过的褐飞虱成虫活跃度非常低,从配对开始一直到交配结束的各个阶段都受到明显影响,处理组3 h的交配率只有3.70%,而对照组的交配率为24.44%。还把褐飞虱几丁质合成酶基因A的dsRNA与绿僵菌混合使用防治褐飞虱2龄和4龄若虫,结果表明0.5μg/μL ds CHSA与绿僵菌混合使用的防治效果最好,2龄若虫的死亡率为89.63%,4龄若虫的死亡率达到93.94%。而0.2μg/μL ds CHSA与绿僵菌的混合,对2龄和4龄若虫的致死率为65.56%-76.52%。研究结果为褐飞虱的生物防治提供了新的思路。     

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。     

弗氏链霉菌丝氨酸蛋白酶基因的克隆及表达

从一株具有极强的降解羽毛能力的弗氏链霉菌菌株（Streptomyces fradiae var.k11）中纯化得到了一种丝氨酸蛋白酶SFP2。经蛋白测序,得到部分氨基酸序列,设计简并引物,PCR扩增得到部分基因序列,通过构建基因文库,获得了包括信号肽序列在内的完整的基因sfp2(EMBL收录号AJ784940),开放阅读框全长924bp,包括114bp的信号肽编码序列和810bp的酶原编码序列, 其中成熟蛋白编码基因长576bp,编码191个氨基酸,理论分子量为19.112kD。酶原编码基因和成熟蛋白编码基因均在大肠杆菌和枯草芽孢杆菌中得到了表达,酶原编码基因表达产物具有正常的生物学活性,证明了克隆基因的生物学功能。     

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。     

褐飞虱高毒力绿僵菌菌株的筛选

从田间褐飞虱Nilaparvata lugens (St?l)罹病虫体上新分离鉴定一株黄绿绿僵菌Mf82,将其与实验室保存的8株绿僵菌Metarhizium spp.一起,分别测定其对褐飞虱成虫毒力和几丁质酶活力,并用扫描电镜观察侵入昆虫表皮的过程和体表的形态变化,进而分析侵入能力与几丁质酶的相关性。结果表明：菌株Mf82累计校正死亡率和几丁质酶活力均最高,为82.1%和9.78U/mg,与其他菌株差异显著。同时,扫描电镜照片显示Mf82分生孢子既可以由褐飞虱体壁节间膜和凹陷处侵入,还可以从含几丁质较多的胸部背板侵入。比较9株绿僵菌菌株菌落生长速度、产孢初始时间、产孢量和萌发率显示,Mf82菌株具有生长速度快、产孢初始时间短、萌发率高和产孢量大等优点,可见筛选的Mf82菌株致病力强,在褐飞虱的微生物防治方面将有良好的应用前景。     

中国林蛙皮肤丝氨酸蛋白酶抑制剂RCSPI2的基因克隆和原核表达

<正>丝氨酸蛋白酶抑制剂广泛存在于动物、植物及微生物体内[1],是一类丝氨酸蛋白酶活性调节剂,能调节生物体内许多重要的生命过程,如蛋白质折叠、血凝、补体激活、炎症反应、细胞迁移、细胞基质重建、以及肿瘤抑制等[2,3],很多已被开发为新药,在临床上有广泛应用。基于     

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.     

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。     

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。     

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.

     

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。     

黄绿绿僵菌Mf82菌株对不同虫态褐飞虱的毒力

对水稻重要害虫褐飞虱Nilaparvata lugens目前市场上尚无一种理想的微生物杀虫剂。昆虫病原真菌具有从体壁侵入的能力因而对刺吸性害虫的防治具有优势。为此, 本研究选用不同原寄主和来源地的3种昆虫病原真菌（金龟子绿僵菌Metarhizium anisopliae、 黄绿绿僵菌Metarhizium flavoviride和球孢白僵菌Beauveria bassiana）的12个不同菌株, 以1 100孢子/mm²孢子悬浮液进行室内毒力测定。结果表明： 在参试的不同菌种12个菌株中, 黄绿绿僵菌Mf82菌株对褐飞虱成虫致病力最高, 10 d累计校正死亡率为83.5%, 致死中时（LT₅₀）为4.6 d。其不同浓度孢子液对褐飞虱3个发育阶段有不同程度的致病力, 毒力大小顺序为成虫>高龄若虫>低龄若虫。黄绿绿僵菌孢子液对各处理稻株褐飞虱产卵痕部位、 卵粒均有侵染作用, 10 d侵染率分别为66.7%和51.2%, 卵龄越低, 侵染效果越好, 卵龄为0.5 d时侵染率最高。本研究表明黄绿绿僵菌Mf82菌株对褐飞虱成虫、 若虫和卵均有较强的致病性, 是一株极具应用潜力的生防真菌。     

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.