MicroRNA在昆虫变态及生殖过程中的调控作用

MicroRNA（miRNA）是一类广泛存在于真核生物中的小分子非编码RNA,通过抑制靶基因的翻译过程或降解靶基因的mRNA,在转录后水平上调控基因表达。在昆虫中已报道了大量的miRNA,其中部分miRNA的功能得到了解析。在昆虫变态过程中,let-7, miR-100, miR-125, miR-34, miR-14, miR-8, miR-281和 miR-252-3p能够作用于保幼激素或蜕皮激素信号通路,影响昆虫蜕皮、化蛹或翅、足及神经系统的发育。在昆虫生殖阶段,bantam, miR-184和miR-275影响生殖干细胞的分化或卵子发生。本文在介绍miRNA生物合成和作用机制的基础上,重点对昆虫变态与生殖过程中miRNA的最新研究进展进行综述。     

昆虫的变态与进化

昆虫的起源与进化问题,在昆虫学界讨论颇多,许多问题已基本取得了一致的意见,如昆虫纲起源于多足纲;昆虫的增节变态是最原始的变态类型;表变态是由增节变态演化而来;有翅亚纲中的无翅类是属于后生无翅等。但仍有许多问题处于争论之中,其中之一是有翅亚纲的几种变态类型：原变态（Ｐｒｏｍｅｔａｂｏｌａ）,不完全变态（Ｈｅｍｉｍｅｔａｂｏｌａ）,完全变态（Ｈｏｌｏｍｅｔａｂｏｌａ）的起源的问题。作者认为：有翅亚纲中的三种变态类型中,不完全变态是最原始的变态形式,原变态类和完全变态类昆虫是起源于祖先的不完全变态类。…     

昆虫完全变态发育与其共生微生物之间的相互影响

完全变态昆虫在发育过程中要经过卵、幼虫、蛹和成虫四个阶段,它们在幼虫和成虫阶段形态构造和生活习性明显不同,这一现象被称为适应性解耦,使幼虫和成虫能够更独立地完成不同的任务,各自获得更高的效率,这对完全变态昆虫有巨大的生态和进化意义。然而这种发育方式为完全变态昆虫与微生物建立稳定的共生关系带来了巨大的挑战。它们在变态过程中身体结构的重塑、饮食习惯的改变等使微生物居住的栖息地发生彻底转变,微生物在昆虫宿主个体不同发育阶段和不同个体代际之间的垂直传递也受到了限制。为了高保真地维持稳定的共生关系,部分完全变态昆虫和共生微生物进化出多样的严格垂直传递或者规避完全变态发育的传递方式。也有部分完全变态昆虫趁此机会实现与共生微生物的关系解绑,与新的微生物建立联系,呈现出在不同生命阶段共生微生物的动态变化。此外,昆虫变态发育还直接受到共生微生物的影响,微生物能保护宿主在变态发育中最脆弱的阶段免受病原体感染,为变态发育提供必需的营养物质和促进变态发育的因子。因此,本综述将总结和深入探究昆虫完全变态发育与其共生微生物之间的相互影响。     

昆虫变态发育类型与调控机制

昆虫变态发育使得昆虫成为地球上种类最多、分布最广的动物种群。它特指末龄幼虫化蛹,或者蛹向成虫的转变过程。根据变态剧烈程度,可将昆虫变态发育简单分为增节变态、表变态、原变态、不完全变态及全变态5种类型。此外,昆虫变态发育是一个极其复杂的生物学过程,受到激素、基因、营养等多种因素的精密调控。本文简要介绍了昆虫变态发育的类型和分子调控机理方面的研究进展。     

蜕皮激素对昆虫生长及生殖过程的调控

蜕皮激素、保幼激素及神经激素在调节昆虫生长及生殖方面起到重要的作用。本文从蜕皮激素的合成过程、其活性形式20羟基蜕皮酮的作用模式、蜕皮激素与保幼激素的相互调节机制这三个方面综述了蜕皮激素在昆虫生长及生殖过程中的调控作用。     

昆虫变态的激素与基因调控

昆虫变态是一个有趣而复杂的生物学现象,有不完全变态和完全变态。昆虫通过变态获得飞翔与生殖能力,扩大了生活范围,增强了适应能力。昆虫变态主要由咽侧体分泌的保幼激素和前胸腺分泌的蜕皮激素协同调控,众多基因参与。本文综合近几年的研究进展,重点介绍昆虫变态过程中保幼激素与蜕皮激素通过级联反应基因和microRNA调控的机制,以及保幼激素和蜕皮激素的合成调节机制。     

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。     

“昆虫的生殖和发育”一节概念教学

以"昆虫的生殖和发育"一节课为例,阐述在初中生物学课堂中如何进行概念教学。在学生观察比较和分析归纳的基础上,教师力求在课堂教学过程中帮助学生形成概念,促使学生自主有效地构建概念。     

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。     

热激蛋白在昆虫生殖中的功能及作用机制

热激蛋白(Hsp)在生殖过程中有着至关重要的作用。近年来,Hsp在昆虫生殖相关功能与机制研究方面取得了重要进展。基于此,本文主要就Hsp在昆虫精子发生和精子保护、卵成熟和卵子保护、生殖应答以及衰老进化机制等方面的研究进展进行了综述,旨在为进一步深入研究Hsp与昆虫生殖的关系提供参考,并为害虫防治和益虫利用提供新思路。     

Common and distinct roles of juvenile hormone signaling genes in metamorphosis of holometabolous and hemimetabolous insects

Insect larvae metamorphose to winged and reproductive adults either directly (hemimetaboly) or through an intermediary pupal stage (holometaboly). In either case juvenile hormone (JH) prevents metamorphosis until a larva has attained an appropriate phase of development. In holometabolous insects, JH acts through its putative receptor Methoprene-tolerant (Met) to regulate Krüppel-homolog 1 (Kr-h1) and Broad-Complex (BR-C) genes. While Met and Kr-h1 prevent precocious metamorphosis in pre-final larval instars, BR-C specifies the pupal stage. How JH signaling operates in hemimetabolous insects is poorly understood. Here, we compare the function of Met, Kr-h1 and BR-C genes in the two types of insects. Using systemic RNAi in the hemimetabolous true bug, Pyrrhocoris apterus, we show that Met conveys the JH signal to prevent premature metamorphosis by maintaining high expression of Kr-h1. Knockdown of either Met or Kr-h1 (but not of BR-C) in penultimate-instar Pyrrhocoris larvae causes precocious development of adult color pattern, wings and genitalia. A natural fall of Kr-h1 expression in the last larval instar normally permits adult development, and treatment with an exogenous JH mimic methoprene at this time requires both Met and Kr-h1 to block the adult program and induce an extra larval instar. Met and Kr-h1 therefore serve as JH-dependent repressors of deleterious precocious metamorphic changes in both hemimetabolous and holometabolous juveniles, whereas BR-C has been recruited for a new role in specifying the holometabolous pupa. These results show that despite considerable evolutionary distance, insects with diverse developmental strategies employ a common-core JH signaling pathway to commit to adult morphogenesis.     

昆虫比较线粒体基因组学研究进展

动物线粒体基因组因其基因组成稳定、基因排列相对保守、普遍为母系遗传、极少发生重组等而被广泛应用于进化与系统发育等研究。目前,昆虫中已有356个线粒体基因组序列被测定,代表了33个目中的28个目。大量比较基因组学研究使得我们对昆虫线粒体基因组的特征与进化方式有了较为清晰的认识。本文对昆虫线粒体基因组的测序进展、基因组的结构特征、碱基组成、控制区的特征、基因重排及其机理、进化速率及其在昆虫系统发育研究中的应用等方面的研究进展进行介绍。     

昆虫冷驯化机制研究进展

昆虫耐寒性强弱决定其种群的发生、扩散和分布,因此低温胁迫下昆虫的抗寒对策成为近期研究的热点领域。冷驯化作为一种非常有效的耐寒策略,可显著增强昆虫的耐寒性。本文论述了冷驯化的2种基本形式:快速冷驯化和长时冷驯化,明确了二者在提升昆虫耐寒性中的作用;并从宏观到微观的角度概述了冷驯化的作用机制,如组织和细胞水平的特异性,低分子量抗冻保护剂的产生,热休克蛋白的表达及功能,以及阻止细胞程序性死亡的潜在机理等;讨论了不同研究方法所引起的结果差异性,并强调了冷驯化作用机制的整体效益和综合效益。最后通过分析2种冷驯化形式的联系与区别,以期较为全面地阐明昆虫冷驯化的潜在机制。     

Morphology and ontogeny of single-walled multiporous sensilla of hemimetabolous insects

Comparative morphological investigations were made to determine the common organization plan of single-walled multiporous sensilla. The development of multiporous chemoreceptive sensilla of Gryllus, Oncopeltus and Lepisma follows the same path. Each chemoreceptive sensillum is associated with four types of enveloping cell. During ontogeny, enveloping cell 1 secretes the dendritic sheath. Enveloping cell 4 builds the connection of the hair base with the antennal cuticle. In Gryllus and Oncopehus, enveloping cells 2 and 3 build the hair shaft, the wall pores and pore tubules in nearly equal parts. Enveloping cells 2 and 3 lie side by side in the hair process, in which enveloping cell 2 produces the inner part, enveloping cell 3 the outer part of the hair shaft. In Lepisma the predominant part of the hair shaft with the wall pores is formed by the doubled enveloping cells 3. Interpreting our findings and the literature data, a new proposal is given for the homology of the enveloping cells. In singlewalled chemoreceptors, enveloping cell 1 is considered as thecogen and enveloping cell 4 as tormogen cell. Enveloping cell 2 is interpreted as inner trichogcn cell and enveloping cell 3 as outer trichogen cell.     

抗药性昆虫相对适合度的研究进展

杀虫剂抗性基因的突变对昆虫生理生化的影响体现为种群适合度的变化.种群抗性等位基因频率和生物学适合度可用来表征抗性昆虫相对适合度.抗性相关靶标和代谢酶的突变会改变昆虫正常的生理功能,抗性基因过量表达会引起昆虫体内生理能量分配失衡,两者均会造成抗性代价.但是,抗性等位基因置换和修饰基因可以抵消抗性代价.抗性昆虫相对适合度的表现型取决于抗药性形成的遗传背景和抗性水平.此外,其表现型还受到各种生态因素的影响.抗性昆虫相对适合度的研究结果可为预测抗药性发展趋势、开展抗药性治理提供科学依据.     

胭脂虫及胭脂虫红色素的应用研究进展

胭脂虫DactylopiuscoccusCosta属同翅目(Homoptera)洋红蚧科(Dactylopiidae)洋红蚧属(Dactylopius),其饲养和应用历史悠久。从干燥的雌性胭脂虫体内可以提取出一种红色色素——胭脂虫红。胭脂虫红主要由胭脂红酸、胭脂酮酸、虫漆酸D、DCⅣ(2-C-α-葡萄糖呋喃糖苷)、DCⅦ(2-C-β-葡萄糖呋喃糖苷)以及Spiroketalcarminic acid等组成,具有极高的稳定性和安全性,应用范围极为广泛,可用于医药、天然色素添加剂和化妆品等领域,价格非常昂贵。鼓励边远地区的农民饲养胭脂虫曾是云南等省份的扶贫工作之一。胭脂虫红质量的高低受多方面因素影响,如个体内在因素(性别、生长发育阶段等)、环境因素(温度、湿度、光照、害虫等)。目前,可采用核磁共振光谱法NMR、高效液相色谱结合二极管阵列和串联质谱与电喷雾电离HPLC-DAD-ESI MS/MS、三维荧光光谱结合平行因子分析、多变量统计分析等技术检测和鉴定胭脂虫红。本文综述了胭脂虫及胭脂虫红色素的应用,以期得到昆虫学业内更广泛的关注。     

昆虫海藻糖及其合成酶基因的特性与功能研究进展

海藻糖广泛存在于细菌、真菌、昆虫、无脊椎动物和植物等大量生物中。它不仅可以作为昆虫的能量来源,而且在抗逆等方面起着重要作用。海藻糖合成酶(Trehalose-6-phosphate synthase,TPS)是海藻糖合成过程中的一个关键酶。目前细菌、真菌和植物中都已经被发现和克隆,但其不存在于哺乳动物中。海藻糖是昆虫的"血糖",主要通过海藻糖合成酶和海藻糖-6-磷酸脂酶(Trehalose-6-phosphate phosphatase,TPP)在脂肪体中催化合成。TPS基因所编码的蛋白序列一般都包含两个保守的结构域:TPS和TPP,分别对应着酵母中的Ots A和Ots B基因。昆虫海藻糖合成酶的基因表达和酶活性的变化与昆虫的多项生理过程有着密切的关系,海藻糖合成酶有可能成为控制害虫的新靶标。     

农业昆虫气味受体功能研究进展

昆虫主要依靠嗅觉系统寻找食物、发现配偶、控制交配、选择产卵地、逃避天敌等,因此嗅觉系统对昆虫的繁殖和生存至关重要.气味受体(odorant receptor,OR)是嗅觉系统中的关键成分之一,可被信息化合物激活引发特定行为产生.随着测序技术的发展,大量的农业昆虫的基因组和转录组被测序,从测序数据中分析获得了它们的OR家...