昆虫启动子的研究及应用

启动子(promotor)作为基因时空表达调控的重要元件,与RNA聚合酶结合形成转录起始复合体,控制着基因表达的起始时间和表达水平。对启动子的研究可以更好地阐明基因表达调控的机制,为解析基因调控网络奠定基础。本文对昆虫启动子研究方法进行综述,主要阐述昆虫启动子及其特定元件的鉴定方法,以及昆虫启动子的应用。     

昆虫小器官RNA荧光原位杂交技术

【目的】在昆虫基因表达和功能研究中,RNA原位杂交技术越来越受到青睐。该技术不仅能定性定量反应基因表达的时空特异性,而且能在细胞水平上检测基因表达的调控模式。为了将该技术更好地在昆虫小器官研究中运用,我们以果蝇幼虫翅芽为例优化了改技术。【方法】解剖果蝇3龄幼虫翅芽进行原位杂交实验。【结果】我们发现影响原位杂交结果的因素十分复杂,包括取材时期,探针的合成,预杂交/杂交的时间和温度,清洗时间,适当的对照等。通过RNA荧光原位杂交实验,我们揭示了调控细胞记忆的trithorax基因在3龄翅芽广泛表达,并且受到转录因子Optomotor-blind的负调控。【结论】这一技术方法为研究昆虫小器官的基因表达和调控提供了便捷手段。     

MicroRNA调控昆虫免疫的研究进展

MicroRNA(miRNA)是一类由内源基因编码的长度约为21nt的非编码单链RNA分子,在各种生物学过程中具有转录后水平调控基因表达的重要作用。本文从miRNA调控昆虫抗菌肽的表达、调控昆虫抗病毒免疫反应、调控昆虫与共生菌的免疫反应及调控昆虫作为病原体媒介引起的免疫反应等方面,就miRNAs在昆虫免疫防御方面的研究进展作一综述。     

昆虫DNA甲基化的特点和功能

DNA甲基化为表观遗传修饰的一种主要形式, 对基因表达的调控具有重要作用。近年来随着有关昆虫DNA甲基化的研究和报道增多, 发现昆虫DNA甲基化除了与高等哺乳动物有一定的相似性之外, 还具有独特的特点和功能。本文就昆虫DNA甲基化的主要特点和功能进行了综述, 以期为进一步研究昆虫DNA甲基化提供借鉴和参考。不同昆虫所具有的DNA甲基转移酶种类和性质差异较大, 且昆虫DNA甲基化具有甲基化水平较低、主要发生在基因区等特点, 其功能主要涉及到调节胚胎发育、参与基因组印迹、调控级型和翅型分化、影响性别决定、介入抗药性形成等。     

社会性昆虫品级分化的基因调控

品级分化是社会性昆虫的主要特征之一,包括雌性分化为生殖个体和非生殖个体,这一分化过程是受基因调控的。目前对社会性昆虫品级分化相关基因表达研究的报道较多,但是对这一分化的调控机制并不十分清楚,对这些基因的来源还存在争议。文章对社会性昆虫品级分化相关基因的研究概况作一综述,以期对以后相关方面的深入研究有所帮助。     

昆虫基因启动子及细胞色素P450基因启动子研究进展

细胞色素P450是一类重要的解毒酶系。昆虫在各种内源或外源性有毒物质的胁迫下,通过调控体内细胞色素P450的过表达,对有毒化合物进行解毒代谢,从而适应不利环境。在昆虫体内,P450基因表达的调控主要发生在转录水平上,启动子作为基因的一部分,能够与RNA聚合酶结合形成转录起始复合体,进而控制基因表达的起始时间和表达程度。基于此,就昆虫启动子的分析及功能验证的主要方法、昆虫启动子的结构特征及昆虫细胞色素P450基因启动予的一些研究进展进行概述,以期为昆虫细胞色素P450基因启动子的深入研究提供借鉴。     

miRNA调控昆虫与病毒互作的研究进展

miRNA是一类重要的非编码小分子RNA,可在转录后水平调控基因表达,参与并调控机体的生长发育、细胞分化、细胞凋亡、抗病毒、激素分泌、神经系统等重要生物过程。本文介绍了miRNA的合成途径及其生物学功能,并重点阐述miRNA在昆虫宿主与病毒互作中的调控作用:通过mRNA剪切或抑制靶标蛋白的翻译负调控靶标基因,实现基因沉默,调控约50%的蛋白质编码基因的表达,许多miRNA已被发现在人体和植物中参与调控病毒的复制侵染,因此也有可能控制害虫对病毒抗性的产生,恢复病毒对害虫的防控作用。最近有研究将害虫特异的miRNA转入植物,干扰昆虫蜕皮过程导致幼虫的死亡,作为Bt转基因作物的替代,成为抗虫基因工程的新选择。研究miRNA在昆虫对病毒抗性产生中的作用,将为昆虫抗病毒机制的研究提供新的思路,为害虫生物防治措施的应用及改进提供理论参考。     

吸血昆虫生殖调控的分子机制

吸血昆虫是可以传播病原微生物的一类节肢动物,包括蚊虫、白蛉、蠓、猎蝽、跳蚤等。由于其特殊的吸血习性,它们成为了疟疾、登革热、丝虫病、锥虫病等急性传染性疾病的媒介载体。虫媒疾病具有传播速度快、扩散面积广和危害重等特点,不仅严重危害人类健康,还容易造成巨大的经济损失。由于针对虫媒传染病的药物匮乏以及虫媒病原对化学药物抗性的不断增加,阻断吸血昆虫的生殖成为控制虫媒疾病传播的有效措施。保幼激素(juvenile hormone, JH)和20-羟基蜕皮激素(20-hydroxyecdysone, 20E)在昆虫生殖过程中扮演着重要的角色。JH与胞内受体复合物Met/Tai结合后调控JH/Met靶基因表达,进而促进卵黄发生过程,为昆虫之后的吸血及产卵提供了必要条件;20E胞内受体为EcR/USP组成的异源二聚体,两者结合后激活下游基因表达,诱导卵黄原蛋白(vitellogenin, Vg)合成,为发育的卵巢提供营养。营养信号通路(胰岛素信号通路以及氨基酸介导的雷帕霉素靶蛋白信号通路)同样可以激活Vg合成,促进昆虫生殖;此外,营养信号通路与JH和20E之间可以相互作用共同调控吸血昆虫发育和繁殖。碳水化合物代谢以及脂代谢等能量代谢过程是昆虫生殖过程中主要能量来源,可以满足吸血昆虫生殖发育不同阶段极高的能量需求。研究表明,JH和20E信号通路在能量代谢过程中起着重要的调控作用;微小RNA在蚊虫这一类吸血昆虫中被证明与肠道微生物稳态、血液消化以及脂代谢等生理学过程密切相关,进一步影响了蚊虫卵巢发育。近年来,随着分子生物学及测序技术的革新,吸血昆虫生殖调控机制的研究不断取得新的进展。本文主要阐述了吸血昆虫生殖调控的分子机制研究进展,以期为通过调控吸血昆虫生殖的方法以阻断病原传播提供重要线索。     

昆虫钟基因研究进展

昆虫进化形成了内在的生物钟机制以协调行为、生理及代谢节律与外部环境信号同步,从而更有效地利用资源并获得适应性优势。行为、生理及代谢昼夜调控的协调对于昆虫有效应对可预见的生理上的挑战至关重要。生化过程和代谢变化与外部环境的昼夜节律同步性受基因表达的控制,钟基因在昆虫的重要生理过程如中枢及外围生物钟机制、光周期信号传导、光周期介导的外围组织调控、代谢以及免疫中发挥着重要作用。根据信号转导过程中的作用,昆虫钟基因分为3类——信号输入基因、信号震荡起搏器和信号输出基因,它们通过相互作用形成了复杂的转录-翻译反馈回路并参与调控昆虫昼夜节律和光周期事件。本文针对昆虫钟基因的鉴定、分类和功能,作用分子机制以及研究方法和挑战等方面作了总结,并展望了昆虫钟基因未来的研究方向,这将为昆虫钟基因的进一步功能研究及开发利用提供信息参考。     

昆虫变态发育的激素和营养调控研究进展与展望

变态发育是促进昆虫进化和多样性形成的重要因素之一。昆虫变态发育主要受到蜕皮激素和保幼激素的协同调控,通过信号通路诱导下游基因表达,保证蜕皮、组织重塑等生理过程的正确发生。除内在激素外,外在营养物质亦可通过营养信号影响激素信号进而控制变态发育进程。本文主要综述了近十年来我国科研工作者在昆虫变态发育的激素和营养调控机制研究方面所取得的突出成果,并对未来潜在的研究方向进行了展望,以期对我国的害虫防治和益虫利用研究提供理论指导。     

与宿主昆虫液化相关的杆状病毒基因及其蛋白

昆虫被杆状病毒感染后会发生液化现象,这有利于病毒向周围环境扩散。目前在杆状病毒苜蓿银纹夜蛾核型多角体病毒NPV和GV中,发现与昆虫宿主液化相关的基因有组织蛋白酶基因V-cath基因和几丁质酶基因。V-cath基因表达产物在苜蓿银纹夜蛾多角体病毒(AcMNPV)中能特异性降解昆虫细胞内的肌动蛋白。几丁质酶不仅参与了虫体体表面几丁质的降解,同时还参与V-CATH蛋白前体的加工过程,起分子伴侣的作用。对家蚕核型多角体病毒(BmNPV)的研究表明其FP25K基因表达产物通过影响组织蛋白酶的释放与分泌而参与虫体液化。简要综述了此3种基因及其表达产物的结构、功能与特性,并讨论了它们在生产上的应用前景。     

Insect cell culture and applications to research and pest management

Building on earlier research, insect cell culture began with the successful establishment of one cell line from pupal ovarian tissue. The field has grown to the extent that now over 500 insect cell lines have been established from many insect species representing numerous insect orders and from several different tissue sources. These cell lines are used as research tools in virology, in studies of signaling mechanisms to study insect immunity, hemocyte migration, and to test hypotheses about gene expression, and in screening programs designed to discover new insecticide chemistries. Virology research is revealing fundamentally new information on virus/host cell interactions. Studies in gene expression are uncovering signal transduction pathways that are new to insect science. Research is leading to the development of high-speed screening technologies that are essential in the search for new insect pest management tools. A few insect cell lines are, in routine industrial processes, designed to produce proteins of biomedical significance. Both primary cell cultures and established lines are used in basic biological studies to reveal how insect cells work. This review is designed to briefly cover the history of insect cell culture, recount some recent advances in the field, and offer a vision of the future of insect cell culture.     

转双抗虫基因三倍体毛白杨外源基因表达及性状相关性分析

用部分改造的BtCry1Ac基因与慈菇蛋白酶抑制剂（API）基因构建的双抗虫基因表达载体,通过农杆菌介导法转化了三倍体毛白杨Populus tomentosa Carr.,获得一批转双抗虫基因株系。对转基因株系的抗虫毒蛋白表达进行了ELISA和Western Blot检测,同时用转基因株系叶片对杨扇舟蛾Clostera anachoreta Fabricius和舞毒蛾Lymantria dispar L.幼虫进行室内饲虫试验,并对各项外源基因表达指标进行了相关分析。结果表明：在检测的28个转基因株系中,对杨扇舟蛾高抗株系占总参试系号的41％,中抗系号占35.0％,低抗系号占24％,对舞毒蛾高抗株系占参试系号的70％。转基因植株可明显抑制存活幼虫的生长发育,且不同转基因株系饲养的幼虫发育存在显著差异。连续两年相关分析表明,不同转基因株系幼虫死亡率间存在极显著相关。转基因植株对舞毒蛾和杨扇舟蛾均表达出抗虫性,并存在极显著相关。ELISA检测结果表明,不同转基因株系Bt毒蛋白表达量存在差异,变化在0.0011％～0.0161％。转基因植株对害虫的杀虫效果与Bt杀虫蛋白的表达量存在显著相关,表明Bt毒蛋白在抗虫效果中占有重要地位。转基因植株对卡那霉素表现出一定的抗性,但与抗虫程度相关不明显,单纯用卡那霉素作为筛选手段并不能完全反映植株的真实抗虫效果。     

甘蓝型油菜BnMYC2基因克隆及对植物抗虫胁迫的研究

为了研究髓细胞组织增生蛋白(Myelocytomatosis protein,MYC2)基因与甘蓝型油菜抗虫性的关系,该研究从甘蓝型油菜恢复系R18中克隆获得BnMYC2基因的cDNA序列,并进行了基因表达及转化模式植物拟南芥的抗虫分析。生物信息学分析表明,BnMYC2基因gDNA不具有内含子结构,cDNA完整开放阅读框(ORF)为1 833 bp,编码610个氨基酸,推测BnMYC2基因位于甘蓝型油菜C6染色体上,具有bHLH型转录因子的保守结构域HLH。基因同源性分析结果表明,BnMYC2与拟南芥、甘蓝、萝卜的亲缘关系最近,氨基酸的相似度都在98%以上。组织特异性表达分析显示,BnMYC2在甘蓝型油菜的根、茎、叶、花、授粉后27 d的果荚和授粉后35 d的果荚中均有表达,且授粉后27 d的果荚中的表达水平最高。抗虫胁迫实验的结果显示,过表达BnMYC2拟南芥的抗虫基因VSP2的表达水平显著高于对照,推测甘蓝型油菜BnMYC2基因可能作为重要的调节因子参与虫害胁迫响应;MeJA诱导6 h后,VSP2基因在不同基因型拟南芥的表达量都明显增加,与诱导前相比差异显著,表明BnMYC2正向调...     

Engineering of baculovirus vectors for the manufacture of virion-free biopharmaceuticals

A novel baculovirus-based protein expression strategy was developed to produce recombinant proteins in insect cells without contaminating baculovirus virions. This novel strategy greatly simplifies the downstream processing of biopharmaceuticals produced in insect cells. The formation of these virions is prevented by deletion of a baculovirus gene essential for virion formation. The deletion is trans-complemented in a transgenic insect cell line in which the baculovirus seed stock is produced. The Autographa californica multicapsid nucleopolyhedrovirus vp80 gene was selected for this purpose, as absence of VP80 prevented the formation of budded virus as well as occlusion-derived virus, while foreign gene expression was not affected. Sf9 insect cells were engineered to functionally complement the vp80 deletion in the expression vector virus during seed stock production. The trans-complemented vp80-deletion baculovirus seed produced an amount of recombinant protein similar to that produced with conventional baculovirus vectors but without contaminating virions. This novel expression method obviates the need to purify the virions away from the biopharmaceuticals.     

昆虫几丁质酶及其在植物抗虫品种改良中的应用

几丁质是昆虫外壳和围食膜的重要组成成分 ,在适当的时期昆虫分泌适量的几丁质酶降解几丁质以保证昆虫的正常生长。植物几丁质酶能够抵御病原菌的入侵 ,但是对昆虫没有明显的效果 ,而昆虫几丁质酶基因在转基因植物中的组成型表达却对昆虫具有明显的抗性。本文综述了昆虫几丁质酶的特性 ,阐述了昆虫几丁质酶及其在植物抗虫方面应用的研究进展。     

昆虫抗冻蛋白基因的克隆与表达研究进展

产生抗冻蛋白(antifreeze protein,AFP)是许多昆虫抵御寒冷的一种重要机制。昆虫抗冻蛋白基因的克隆和表达是研究抗冻蛋白活性和功能的主要途径。文章归纳GenBank所登录的昆虫抗冻蛋白基因及其特点,总结昆虫抗冻蛋白基因的天然表达和基因工程表达方面尚未明确或需要克服的一些问题。目前在GenBank注册的昆虫抗冻蛋白基因约100个,集中于9种昆虫隶属鞘翅目3个科和鳞翅目1个科。昆虫抗冻蛋白基因具有多拷贝和多同种型(isoforms)的特点。昆虫抗冻蛋白的天然表达具有物种间和同种型间的多样性。基因工程表达昆虫抗冻蛋白需要克服表达量低活性不高的问题。对昆虫抗冻蛋白表达规律的研究有助于全面认识其功能。     

CPR和P450基因在昆虫抗药性中的作用研究进展

P450酶系在昆虫代谢农药中有重要作用,NADPH-细胞色素P450还原酶（NADPH-cytochrome P450 reductase,CPR）和细胞色素P450（P450）在该酶系起核心作用。昆虫具有P450超基因家族,但只有一个单一的CPR基因,CPR是昆虫所有参与农药代谢的P450酶的唯一电子供体,其影响P450活性。P450基因的高水平表达在害虫抗药性中具有重要作用,P450基因介导的昆虫抗药性是最重要的代谢抗性类型。不同P450基因的高表达的调控机制不同,引起P450基因过量表达的原因可能有P450基因的编码区突变、顺式作用元件和反式作用因子变化、基因扩增等。细胞色素P450介导的抗药性存在一定程度的进化可塑性,即同种昆虫不同种群对相同的农药产生抗药性时,导致抗性产生的P450基因不同;同一昆虫品系在某种农药的抗性选择压力下,影响抗性的P450基因的种类和表达特性会随着持续的农药选择而发生变化。最近的研究显示,CPR的变异和昆虫抗药性相关,但是昆虫CPR基因介导抗药性的机制还缺乏深入研究。全面阐释P450酶系介导昆虫抗药性的机制、建立基于P450基因表达量变化与CPR突变的抗性分子标记,对于害虫抗药性治理具有重要意义。     

影响苏云金芽孢杆菌基因在转基因植物中表达的因素

苏云金芽孢杆菌（Bacillus thuringiensis,Bt）杀虫晶体蛋白基因是植物抗虫基因工程中应用最广泛的基因资源。影响Bt基因在转基因植物中表达的因素繁多,阐明这些因素的效应对于获得Bt基因在受体植物中的稳定高效表达具有重要意义。现对Bt基因表达的主要影响因子,如Bt基因表达单元、植物发育、外部环境条件、受体植物遗传背景、整合位点及Bt基因沉默现象等进行了综述。     

寄生蜂多分DNA病毒的基因表达产物及对寄主昆虫的生理作用

最近有关由多分DNA病毒介导的寄生蜂与寄主关系的研究主要集中在多分DNA病毒基因的表达和伴随寄主生理功能失常的分子机理上 ,本文介绍在寄生蜂作用于寄主时一些重要的PDV基因表达产物 ,包括CsPDV ,MdPDV ,CcPDV ,TrPDV ,HdPDV ,CrPDV和其它PDV的基因表达产物 ,并简叙这些基因表达产物对寄主的生理影响。