中华按蚊化学感受蛋白(CSP)家族基因的全基因组鉴定和特征分析

【目的】在全基因组水平鉴定中华按蚊Anopheles sinensis化学感受蛋白(chemosensory protein,CSP)家族基因,预测该家族基因的特征,研究代表性双翅目昆虫CSP基因的系统发育和进化。【方法】在NCBI数据库中下载CSP氨基酸序列作为询问序列,通过Blast和HMM方法在全基因组水平搜索和鉴定中华按蚊、冈比亚按蚊An.gambiae、埃及伊蚊Aedes aegypti和致倦库蚊Culex quinquefasciatus的CSP家族基因并命名;通过生物信息学方法预测中华按蚊CSP家族基因的特性(基因结构、基因组定位、剪切模式、Ka/Ks比值)、保守结构域和蛋白质结构等;通过MEGA软件用最大似然法(maximum likelihood,ML)推断该家族基因的系统发育。【结果】中华按蚊、冈比亚按蚊、埃及伊蚊和致倦库蚊基因组分别有8,8,43和27个CSP家族基因。中华按蚊CSP家族基因(AsCSPs)都有全长的转录组序列,编码116(AsCSP7)~335(AsCSP5)个氨基酸;7个AsCSPs分布于Scaffold51上,AsCSP8分布于Scaffold116;AsCSP1~AsCSP8分别有3,2,1,1,1,2,1和2个选择性剪切模式;AsCSP3的表达量最高,其FPKM值达到385.46。AsCSPs的N端信号肽由17~37个氨基酸组成,均含有4个保守的半胱氨酸位点(CYS68,CYS75,CYS94和CYS97),这些位点界定了两个二硫键(CYS68-CYS75和CYS94-CYS97)。系统发育分析结果显示,4种蚊虫的8个CSP基因各自形成明显的支系,被命名为组CSP1~CSP8(CSP1-CSP8 group)。埃及伊蚊和致倦库蚊分别有35和18个CSP基因形成了一个不为按蚊所共有的特殊支系,被命名为Culicinae-specific组。替换率结果显示,中华按蚊与冈比亚按蚊同源基因对的Ka/Ks值都小于1,说明CSP家族基因在进化过程中主要是受到纯化选择作用。【结论】本研究为蚊虫,特别是中华按蚊基因组CSP家族基因提供了信息框架,为进一步开展该家族基因的功能研究奠定了基础。     

中华按蚊含LY结构域的胰蛋白酶基因的分子特征及表达模式分析

【目的】在全基因组鉴定中华按蚊Anopheles sinensis 含LY结构域的胰蛋白酶(LY-trypsin)基因,探究其分子特征、表达模式以及系统发育关系。【方法】以NCBI数据库中冈比亚按蚊An. gambiae、埃及伊蚊Aedes aegypti、黑腹果蝇Drosophila melanogaster和致倦库蚊Culex quinquefasciatus胰蛋白酶家族基因的氨基酸序列为询问序列,通过本地Blast搜索鉴定中华按蚊基因组中胰蛋白酶基因,将中华按蚊LY-trypsin基因依据其结构域特征及系统发生关系进行命名LY-trypsin。运用生物信息学方法预测中华按蚊LY-trypsin基因的结构、在scaffold的定位、结构域、系统发育关系,及其在中华按蚊不同发育时期、成蚊不同组织和吸血前后雌成蚊中的表达模式。【结果】在中华按蚊全基因组上共鉴定得到27个中华按蚊LY-trypsin基因;在黑腹果蝇、冈比亚按蚊、致倦库蚊和埃及伊蚊基因组中未鉴定到LY-trypsin基因。中华按蚊27个LY-trypsin基因分别编码329~1 125个氨基酸,分子量在36.8~125.5 kD之间,等电点在4.73~8.94间。其中, 20个LY-trypsin具有信号肽,信号肽长度在10~62个氨基酸之间。这27个中华按蚊LY-trypsin基因的外显子数为1~5个,内含子长62~20 093 bp。这27个中华按蚊LY-trypsin基因被定位在11个scaffold上,其编码蛋白均有YWTD保守基序(LY基序);其中16个LY-trypsin基因所编码的氨基酸序列具有含丝氨酸、组氨酸和天冬氨酸催化三联体的活性位点。系统发育结果表明,27个中华按蚊LY-trypsin基因聚类为4个分支。在不同发育阶段,半数以上的中华按蚊LY-trypsin基因显示出相似的表达模式,在幼虫阶段均高水平表达;在中华按蚊不同成蚊组织中,LY-trypsin基因均有不同程度的表达;吸血前后雌蚊中仅有个别基因表达,并未发现表达特异性。【结论】本研究在中华按蚊基因组中首次鉴定出LY trypsin基因,并揭示了这些LY-trypsin基因的分子特征和表达模式,为LY-trypsin基因的进一步研究提供了信息框架。     

中华按蚊CPF家族表皮蛋白基因的全基因组鉴定及其特征分析

【目的】鉴定中华按蚊Anopheles sinensis基因组上的CPF家族表皮蛋白基因,分析其基因结构和特征,推测其可能的生物学功能;同时比较研究代表性蚊种的CPF家族基因,提供CPF家族基因的信息框架。【方法】基于中华按蚊An.sinensis、冈比亚按蚊An.gambiae、微小按蚊An.minimus、埃及伊蚊Aedes aegypti、致倦库蚊Culex quinquefasciatus和黑腹果蝇Drosophila melanogaster全基因组序列,以冈比亚按蚊CPF家族基因序列为询问序列,采用BLASTP,TBLASTN和HMM方法鉴定这些物种的CPF家族基因;利用生物信息学方法预测中华按蚊CPF家族基因的结构、剪切模式、信号肽、跨膜区、结构域和3D结构等;采用最大似然法(maximum likelihood,ML)构建这些物种的系统发生关系,推断CPF家族基因的起源和进化。【结果】中华按蚊、冈比亚按蚊、微小按蚊、埃及伊蚊、致倦库蚊和黑腹果蝇全基因组共有4,4,4,3,3和3个CPF家族基因。中华按蚊的CPF基因被分别命名为As CPF1,As CPF2,As CPF3和As CPF4,这些As CPF基因的全长c DNA序列分别为736,2 021,531和1 001 bp,分别编码219,345,148和185个氨基酸。As CPF1,As CPF2和As CPF3仅含有一个内含子,但As CPF4含有3个内含子,所有内含子均为0位内含子。As CPF1,As CPF2,As CPF3和As CPF4分别有3,2,1和2个不同的选择性剪切子。As CPF3的表达量最高,其次是As CPF4,As CPF2和As CPF1。推测的As CPF1,As CPF2,As CPF3和As CPF4的理论分子量分别为22.86,36.47,15.08和18.66 k D,等电点分别为9.08,8.97,9.44和9.16。As CPF家族蛋白含有保守的44个氨基酸基序和C-末端基序;As CPF1,As CPF3和As CPF4具有信号肽,为分泌型蛋白,而As CPF2缺乏信号肽,为非分泌蛋白。二级结构分析显示,4个As CPF均具有α-螺旋,无规卷曲和延伸链,只有As CPF4有一段跨膜片段,位于第5-27位氨基酸。系统发育分析显示,CPF3基因可能是最早分化出来的CPF家族基因,CPF1和CPF2基因可能是同一祖先基因经过一个基因重复事件分化形成的,CPF4基因很可能是按蚊所特有的,是最晚分化出来的CPF基因。以冈比亚按蚊为对照,替换率分析显示,中华按蚊CPF表皮蛋白的Ka/Ks值均小于1,表现出纯化选择。【结论】对中华按蚊CPF家族基因在全基因组上的鉴定和特征分析,及对代表性蚊虫CPF家族基因的比较分析,揭示了蚊虫CPF家族基因的多样性、结构和氨基酸特征以及起源和进化,这为该家族基因的进一步研究和利用提供了信息基础。     

四种重要医学媒介蚊虫离子受体基因IR8a和IR25a的特征及分类地位

【目的】鉴定中华按蚊Anopheles sinensis、冈比亚按蚊Anopheles gambiae、埃及伊蚊Aedes aegypti和致倦库蚊Culex quinquefasciatus 4种重要医学媒介蚊虫的离子受体基因IR8a与IR25a以及代表性的iGluRs基因和IRs基因,研究这些基因的特征及其系统发育关系,确定IR8a与IR25a基因在离子谷氨酸受体基因中的分类地位。【方法】以黑腹果蝇Drosophila melanogaster的iGluRs和IRs基因序列作为询问序列,用BLASTP和BLASTN方法分别搜索中华按蚊、冈比亚按蚊、埃及伊蚊和致倦库蚊的基因组数据库,以鉴定这4个种内的iGluRs和IRs基因序列;用生物信息学方法比较分析鉴定获得的IR8a与IR25a及代表性的iGluRs和IRs基因氨基酸序列的特征;用最大似然法、贝叶斯法和最大简约法构建并讨论这些基因氨基酸序列的系统发育关系;用PAML软件计算这些基因的dN/dS(ω)值并分析其选择压力。【结果】通过对中华按蚊、冈比亚按蚊、埃及伊蚊和致倦库蚊中离子谷氨酸受体基因进行生物信息学鉴定,获得了所有IR8a和IR25a基因,24个代表性的iGluRs基因和30个代表性的IRs基因的序列。特征比较和系统发育关系分析结果表明,在4种蚊虫和黑腹果蝇中IR8a与IR25a基因的氨基酸序列长度与iGluRs的更接近,其平均值远大于其他IRs的;IR25a和IR8a有与传统iGluRs相同的氨基酸末端区域(amino-terminal domain,ATD),虽然IR8a的序列不太保守,而IRs则没有ATD;IR8a与IR25a序列有与传统iGluRs一样保守的配体结合区S1和S2,而IRs没有。所有这些基因的ω值远小于1,意味着这些基因在进化过程中都经历了纯化选择,而IR8a与IR25a的ω值更接近iGluRs。此外,IR8a与IR25a还有与non-NMDA相似的特异性位点,而这些位点在IRs不存在。再者,IR8a和IR25a与non-NMDA聚在一枝,形成一个姐妹群,群内序列间的遗传距离小于本研究中任何其他序列间的距离。根据这些研究结果,我们将IR8a与IR25a分类进入传统iGluRs中的non-NMDA类型,并命名为Putative受体。【讨论】本研究构建了蚊虫iGluRs和IRs基因的信息框架,确定了IR8a与IR25a基因的分类地位,对进一步的功能研究具有重要意义。     

中华按蚊CYP6Y亚家族基因的鉴定和生物信息学分析

【目的】鉴定中华按蚊Anopheles sinensis CYP6Y亚家族基因,分析它们的结构和特征,推测其可能的功能。【方法】以冈比亚按蚊An. gambiae CYP6Y1作为询问序列,通过双向Blast方法检索中华按蚊转录组中CYP6Y亚家族基因,并通过生物信息学方法分析基因结构、特征及可能的功能。【结果】从中华按蚊转录组测序数据中鉴定出2条CYP6Y亚家族基因,分别命名为AsCYP6Y1（GenBank登录号：KF709397）和AsCYP6Y2（GenBank登录号：KF709398）。序列分析显示,AsCYP6Y1和AsCYP6Y2全长分别为1 713 bp和1 815 bp,分别编码502和526个氨基酸。基因结构分析显示,该亚家族基因仅含有1个相位1型内含子并与其他P450基因形成保守的共线性分布。蛋白结构分析显示,这2个基因编码的蛋白含P450特有的5个特征序列和6个底物结合位点,且均不存在信号肽,其亚细胞定位为细胞质。3D结构分析显示,AsCYP6Y1有18条α螺旋和13股反向平行的β折叠,AsCYP6Y2有19条α螺旋和11股反向平行的β折叠。通过同样的方法,在达林按蚊An. darlingi中也鉴定出2个CYP6Y亚家族基因。系统进化分析显示,AsCYP6Y1和AsCYP6Y2分别与其他3种按蚊的CYP6Y1和CYP6Y2聚成一支,Bootstrap值均大于90%。替换率分析显示,中华按蚊AsCYP6Y1和AsCYP6Y2与其他3种按蚊同源基因的Ka/Ks均小于1。相对进化速率分析显示,中华按蚊CYP6Y和CYP6M亚家族的相对进化速率均显著快于CYP6P亚家族,而CYP6Y和CYP6M亚家族之间没有显著差异。【结论】在中华按蚊和达林按蚊中存在2个CYP6Y亚家族基因,之前在冈比亚按蚊和不吉按蚊An. funestus中也发现2个CYP6Y亚家族基因,表明CYP6Y亚家族基因可能在按蚊属广泛存在,且可能为按蚊属昆虫所特有。     

中华按蚊OCT家族基因的多样性及序列特征

[目的]在全基因组水平鉴定、分类和命名中华按蚊Anopheles sinensis有机阳离子转运体(organic cation transporter,OCT)家族基因,为昆虫OCT基因提供信息框架.[方法]从NCBI,VectorBase和EMBL数据库下载冈比亚按蚊An.gambiae、黑腹果蝇Drosophil...     

冈比亚按蚊性别决定基因 doublesex 的克隆、序列分析及表达谱

【目的】doublesex 是控制昆虫性别分化的关键基因,决定了昆虫体细胞与生殖细胞的性别。本研究旨在克隆、鉴定重要疟疾媒介冈比亚按蚊 Anopheles gambiae 性别决定基因 doublesex（Angdsx）,分析其在雌雄个体内的剪切体及在不同发育时期的表达模式。【方法】基于冈比亚按蚊转录组数据库,比对到 Angdsx 相关片段,分别以雌雄成蚊cDNA为模板,采用RT-PCR与RACE方法克隆分别获得雌雄个体内 Angdsx 全长基因,利用生物信息软件对所得序列进行结构域预测、氨基酸序列比对和进化树分析。根据 Angdsx 特异性表达引物,利用RT-PCR方法研究其在冈比亚按蚊雌雄个体及不同发育时期的表达谱。【结果】分别从冈比亚按蚊雌雄成虫中克隆获得 Angdsx cDNA全长序列,分别命名为Angdsx^F（GenBank登录号：KM978937）和 Angdsx ^M（GenBank登录号：KM978938）。Angdsx 位于2号常染色体右臂,基因横跨接近80 kb基因组长度。Angdsx^F 长度为4 874 nt,编码长度为265 个氨基酸的雌性特异性蛋白DSX^F;Angdsx ^M 长度为3 183 nt,编码长度为633个氨基酸的雄性特异性蛋白DSX^M。结构域分析发现 Angdsx 包括 doublesex 保守的TRA/TRA-2结合位点、dsx 重复序列、富含精氨酸/丝氨酸双肽区、多聚嘌呤增强子序列和RNA结合蛋白结合序列,以及连续的双核苷酸GT为主的重复序列。与Angdsx^F 相比, Angdsx ^M具有一个雌性特异性的外显子。Angdsx ^M 在0-2 h卵中高表达,随后逐渐减少,在12-24 h卵中降至最低,之后再次升高;Angdsx^F 则在6-8 h卵中开始表达。【结论】本研究获得了冈比亚按蚊性别决定基因 Angdsx 在雌雄个体内的全长序列,Angdsx 具有保守的结构域与表达特征。本研究结果为蚊虫性别分化的分子机制及将其最终应用于显性致死昆虫施放技术进行蚊媒的防制提供了理论基础。     

林氏按蚊线粒体全基因组序列的测定及基于线粒体基因组的按蚊属系统发育分析(英文)

【目的】对林氏按蚊Anopheles lindesayi完整的线粒体基因组进行测序及分析,依据已知的线粒体基因组构建并讨论按蚊属蚊虫的分子系统发育关系。【方法】对林氏按蚊线粒体基因组进行测序、注释,并对其基本特征和基本组成进行分析。基于串联的13个蛋白质编码基因的核苷酸序列和氨基酸序列,用ML法和贝叶斯法构建林氏按蚊和按蚊属其他32种蚊虫的系统发育树,据此探讨按蚊属蚊虫的系统发育关系和系统分类。【结果】林氏按蚊线粒体基因组全长为15 366 bp,包含13个蛋白质编码基因,22个tRNA基因,2个rRNA基因和一段控制区。林氏按蚊线粒体基因组呈现明显的AT偏斜和GC偏斜,AT偏斜为正,GC偏斜为负。除了COX1使用TCG和ND5使用GTG作为起始密码子以外,其他蛋白质编码基因的起始密码子均遵循ATN原则;终止密码子为TAA或者T。除了tRNA^Ser(AGN)以外,其他的tRNA基因均呈现典型的三叶草二级结构。控制区AT含量最高,为94.54%。滑窗分析显示蛋白质编码基因是用于构建亚属或属水平系统发育关系的最佳分子标记。系统发育树强烈支持塞蚊亚属Cellia、按蚊亚属Anopheles、徕蚊亚属Nyssorhynchus和柯特蚊亚属Kerteszia均为单系群。小五斑按蚊An. atroparvus和四斑按蚊An. quadrimaculatus A这两个种聚到一起,从传统的形态分类上讲,它们和林氏按蚊均属于按蚊亚属按蚊系蚊虫。但本研究构建的4个系统发育树均显示,(小五斑按蚊An. atroparvus+四斑按蚊An. quadrimaculatus A)和林氏按蚊被属于迈蚊系的中华按蚊分开,这为两个系的分类提供了新的论点。【结论】本研究获得了林氏按蚊的完整的线粒体基因组,探析了按蚊属的线粒体基因组特征和系统发育关系,为进一步研究蚊科线粒体基因组和系统发育关系提供了依据。     

中华按蚊全基因组微卫星的鉴定、特征及分布规律

【目的】中华按蚊Anopheles sinensis是我国及东南亚重要的传疟媒介。本研究在全基因组上鉴定和分析中华按蚊微卫星并注释微卫星相关基因的功能,为遗传分子标记的筛选提供依据,也为昆虫微卫星比较基因组学进一步研究提供基础。【方法】用MISA程序鉴定中华按蚊基因组微卫星;用Excel 2010统计微卫星长度,结合微卫星序列信息编写Perl脚本计算微卫星碱基含量;结合微卫星位置信息编写Perl脚本定位微卫星出现的基因区域,并对基因区的微卫星进行GO功能注释;运用WEGO比较中华按蚊和冈比亚按蚊An.gambiae含微卫星相关基因功能注释。【结果】共鉴定出105 981个微卫星,出现的密度是365.5个/Mb。其中100 391个(94.7%)微卫星是完整型微卫星,其余5 590个(5.3%)是复合型微卫星。单碱基微卫星最为丰富,共58 837个,占总微卫星数量的55.5%,其余依次是二碱基(30 345个,占28.6%)、三碱基(15 104个,占14.3%)、四碱基(1 530个,占1.4%)、五碱基(121个,占0.1%)和六碱基(44个,少于0.1%)微卫星。(A)n为最主要的微卫星,其次是(AC)n,(AG)n,(C)n,(AGC)n,(ATC)n,(ACG)n和(ACC)n,数量都在2 000个以上。中华按蚊基因组微卫星长度以10~20 bp为主(87.1%)。这些微卫星的AT含量(63%)明显高于GC含量(37%),仅三碱基微卫星的GC含量(53%)略高于AT含量(47%)。90 632个微卫星(85%)分布在基因间区,15 349个(15%)微卫星分布在基因区。在基因区,2 782个(3%)微卫星分布在外显子区,12 567个(12%)分布在内含子区。GO注释比较中华按蚊和冈比亚按蚊含微卫星的基因,发现这两个物种各小类基因所占总基因数的百分比基本一致,但电子传递类(electron carrier)基因在中华按蚊所占百分比(0.9%)明显高于冈比亚按蚊(0.1%)。【结论】这是蚊虫中首个在全基因组上系统的微卫星研究工作,为进一步通过微卫星作为分子标记开展中华按蚊种群遗传学、遗传变异、功能基因的遗传定位和调控机制研究奠定了基础,也为昆虫微卫星的多样性和进化研究积累了科学素材。     

三带喙库蚊体内猪繁殖与呼吸综合征病毒的分离与鉴定

【目的】调查猪场蚊虫是否能携带猪繁殖与呼吸综合征(PRRS)病毒。【方法】采集发生PRRS疫情的3个养猪场蚊虫样本,采用RT-PCR方法检测PRRS病毒核酸,取阳性蚊虫样本接种Marc-145细胞进行病毒的分离培养,以间接免疫荧光抗体技术和分子克隆技术进行病毒的鉴定。【结果】 养猪场内的蚊虫主要有三带喙库蚊Culex tritaeniorhychus、凶小库蚊Culex modestus、中华按蚊Anopheles sinensis和骚扰阿蚊Armigeres obturbans,其中三带喙库蚊占86.76%;以PRRS病毒N基因引物进行扩增,三带喙库蚊样本呈现阳性反应,而其他蚊种均为阴性。在蚊虫接种的Marc-145细胞中可见细胞融合和空泡形成等细胞病变效应;用抗PRRS病毒N蛋白抗体和羊抗猪IgG(H+L)-FITC进行间接免疫荧光染色,感染细胞呈现黄绿色荧光;以NSP2基因引物进行RT-PCR扩增、克隆与测序,发现库蚊源病毒与相应猪场猪源病毒中相应基因的序列具有较高同源性。【结论】 三带喙库蚊为猪舍优势蚊种,并能携带猪繁殖与呼吸综合征病毒。     

中华按蚊的幼虫绿色和幼虫褐色品系

蚊虫的幼虫体色突变品系已在淡色按蚊(Anopheles albimanus)、斯氏按蚊(An.stephensi)、致倦库蚊(Culex quinquefasciatus)和三带喙库蚊(Culex tritaeniorhychus)等许多蚊种中被分离出来。这些遗传变异品系的发现对研究蚊虫的变异性和遗传性及蚊虫和蚊媒疾病的防治有着重要的价值。在中华按蚊(Anopheles sinensis)种内至今未见关于体色遗传变异类型的报道。作者于1987—1988年在上海中华按蚊种群中,成功地分离出幼虫绿色和幼虫褐色两个品系,现报道如下。     

埃及伊蚊、冈比亚按蚊和致倦库蚊polyUBQ基因的电子克隆及其序列分析

针对具有选择性蛋白质降解功能的泛素在调控昆虫生长发育过程中的重要作用,探讨埃及伊蚊、冈比亚按蚊和致倦库蚊基因组中polyUBQ基因的有关生物信息。采用电子克隆的方法钓取3种蚊虫基因组中polyUBQ基因序列,分析其特征、分子进化关系、遗传多态性和密码子偏爱性。结果显示,成功获取埃及伊蚊、冈比亚按蚊和致倦库蚊polyUBQ基因序列,命名为Aa-polyUBQ(GenBank登录号:AAGE02005963)、Ag-polyUBQ(ABKP02009650)和Cq-polyUBQ(AAWU01023041),分别编码1 065个、218个和533个氨基酸残基,各具14个、3个和7个泛素单体,Aa-polyUBQ、Ag-polyUBQ和Cq-polyUBQ蛋白二级结构主要元件是延伸带和无规则卷曲,Leu、Ile和Lys是构成3种蛋白的主要氨基酸,亚细胞主要定位于细胞质和细胞核,无前导肽、信号肽和跨膜结构域,除Ag-polyUBQ蛋白外均呈碱性;3种基因序列的同源性较高(83.8%-88.2%)且遗传距离较近(0.129-0.187);检出135个多态位点,共生成3个单倍型,单倍型多样性(Hd=1.000)、平均核苷...     

亮斑扁角水虻脂肪酸去饱和酶基因的鉴定及其在双翅目中的进化格局

【目的】在全基因组水平鉴定亮斑扁角水虻Hemetia illucens脂肪酸去饱和酶(fatty acid deaturase,FAD)基因,分析其时空表达格局,研究代表性双翅目昆虫FAD家族基因的系统发育和进化关系。【方法】以FlyBase数据库中的黑腹果蝇Drosophila melanogaster FAD氨基酸序列作为种子序列,通过本地Blastp的方法在全基因组范围搜索和鉴定亮斑扁角水虻和其他代表性双翅目昆虫的FAD家族基因;采用MEGA7.0软件通过邻接法(neighbor-joining method,NJ)推断该家族基因在双翅目昆虫中的系统发育关系,并构建了双翅目代表性昆虫FAD家族的系统发育进化树;基于亮斑扁角水虻转录组数据分析亮斑扁角水虻FAD基因在其代表性组织和生长发育时期中的表达格局并且利用RT-PCR进一步验证。【结果】本研究在亮斑扁角水虻全基因组中共鉴定到13个FAD基因,并预测了这些基因的部分特征。系统发育分析结果表明,编码亮斑扁角水虻FAD家族的基因某些成员发生了基因复制事件,例如Hill FAD-10和Hill FAD-12以及Hill FAD-9和Hill FAD-11基因;与此相反的是,亮斑扁角水虻某些FAD基因在双翅目昆虫中呈现出相似的进化模式,例如Hill FAD-5和Hill FAD-6基因,说明这些基因在双翅目昆虫进化中相对比较保守并且可能发挥重要作用。转录组数据分析及RT-PCR结果显示,亮斑扁角水虻FAD家族基因在其变态发育期间呈现不同的表达模式,其中,Hill FAD-2和Hill FAD-6在胚胎期、幼虫前期、蛹期和成虫期均有表达,Hill FAD-3主要集中于胚胎后期至4龄幼虫期间表达;与此相反,Hill FAD-4在整个发育阶段均呈现出低表达状态,说明FAD家族基因可能在亮斑扁角水虻变态发育过程中发挥不同作用。【结论】本研究结果不仅在全基因组范围鉴定了亮斑扁角水虻脂肪酸去饱和酶基因,而且预测了FAD基因家族在双翅目中的进化格局,有助于更好地了解FAD基因在物种生态适应性中发挥的作用;同时,我们鉴定的FAD基因在亮斑扁角水虻中的表达格局也提示了FAD基因在亮斑扁角水虻脂肪代谢过程中发挥重要作用。     

三带喙库蚊中分离的西藏环状病毒全基因序列测定及分析

西藏环状病毒(Tibet orbivirus,TIBOV)是环状病毒属中的新成员,首次分离自中国西藏自治区的圆斑按蚊,本研究首次对从三带喙库蚊标本中分离到的西藏环状病毒(HN11121株)进行全基因组序列测定和分子遗传进化分析。结果显示除第2节段以外,三带喙库蚊分离的HN11121病毒株与从圆斑按蚊分离的西藏环状病毒原始分离株(XZ0906)第1~10节段核苷酸和其编码的氨基酸序列长度相同,核苷酸和氨基酸同源性分别为70.3%(S6)~98.7%(S5)和79.8%(S6)~99.8%(S10);而HN11121病毒株与XZ0906病毒株第2节段核苷酸长度分别为2 850bp和2 838bp,分别编码950和946个氨基酸,核苷酸和氨基酸同源性分别为55.8%和47.1%。病毒VP2蛋白氨基酸位点差异结果显示从三带喙库蚊分离的HN11121病毒与从圆斑按蚊分离的XZ0906相比存在390个氨基酸差异位点。基于HN11121病毒株VP1基因和VP3基因核苷酸序列的系统进化分析结果显示HN11121属于环状病毒属西藏环状病毒,但是从三带喙库蚊分离的HN11121病毒与在圆斑按蚊分离的西藏环状病毒原始分离株(XZ0906)处在不同的进化分支。以上结果提示,从三带喙库蚊分离的西藏环状病毒(HN11121)与从圆斑按蚊分离的西藏环状病毒在病毒基因组和病毒基因组分子遗传进化均存在较大差异,鉴于三带喙库蚊是我国乙脑病毒的主要传播媒介,同时该蚊种也是我国南方广泛存在的蚊虫种类,因此加强三带喙库蚊中西藏环状病毒监测对于了解西藏环状病毒的生物多态性具有重要意义。     

中华按蚊气味结合蛋白基因AsinOBP1的克隆和表达分析

【目的】蚊虫的行为在很大程度上依赖于嗅觉系统, 例如寻找宿主和产卵场所等。中华按蚊Anopheles sinensis是我国最重要的传疟媒介之一, 但有关中华按蚊嗅觉信号传递过程的研究甚少。本研究旨在克隆和表达分析中华按蚊的气味结合蛋白（odorant binding proteins, OBPs）基因, 为进一步研究中华按蚊嗅觉传递的分子机制奠定基础。【方法】通过分析中华按蚊的转录组数据克隆气味结合蛋白基因, 采用RT-PCR和实时定量PCR技术分析该基因在成虫不同组织和在吸血前后的表达模式。【结果】克隆到一个气味结合蛋白基因, 命名为AsinOBP1 (GenBank登录号为KJ958382)。AsinOBP1基因开放阅读框长435 bp, 编码144个氨基酸, 具有典型的6个半胱氨酸位点。RT-PCR组织表达谱分析发现, AsinOBP1在检测的所有成虫触角、下颚须、喙和头部组织中都有表达, 而在足和去掉头部以外的躯体组织中不表达。定量分析发现AsinOBP1在雌蚊触角中的表达水平最高, 吸食血液后, AsinOBP1的表达水平显著下降; 仅用小鼠气味处理后, AsinOBP1的表达水平也显著下降。【结论】研究结果说明AsinOBP1可能是嗅觉组织特异性表达的基因, 与雌蚊寻找宿主等行为有关, 其功能还需深入研究。     

骚扰阿蚊线粒体全基因组序列测定和分析

【目的】测定和分析骚扰阿蚊Armigeres subalbatus线粒体全基因组序列,并在线粒体基因组水平探讨阿蚊属Armigeres在库蚊亚科(Culicinae)中的系统发育地位。【方法】经PCR扩增和序列测定,首次得到骚扰阿蚊线粒体基因组序列;对其核苷酸组成和结构特点进行分析;基于蛋白质编码基因核苷酸序列,采用最大似然法(ML)和贝叶斯法(BI)构建库蚊亚科8个种的系统发育关系。【结果】骚扰阿蚊线粒体基因组全长14 891 bp(Gen Bank登录号:KY978578),包含37个基因,其中含13个蛋白质编码基因、22个tRNA基因和2个rRNA基因,各基因位置、排列顺序与蚊科已知物种的一致;基因组碱基组成具有明显的偏好性,全基因组AT-skew为正值,GC-skew为负值;13个蛋白质编码基因的起始密码子除COⅠ使用TCG外,其余均为ATN,终止密码子除COⅡ使用不完全的T外,其余均为TAA;22个tRNA基因中除tRNA~(Ser(AGN))缺失DHU臂,其余均可形成典型的三叶草式二级结构。基于库蚊亚科8个种的线粒体基因组系统发育关系为库蚊属Culex+(阿蚊属Armigeres+伊蚊属Aedes)。【结论】分析库蚊亚科的线粒体基因组系统发育关系发现,阿蚊属Armigeres与伊蚊属Aedes亲缘关系较其与库蚊属Culex更近,这与传统的形态分类学结果相吻合。     

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。     

中华按蚊与淡色库蚊血淋巴游离氨基酸分析

探索血淋巴的生化成分尤其是游离氨基酸的组分与含量对于进一步研究蚊虫的营养代谢、生理生化过程及其与所传病原体之间的相互关系,探讨蚊虫对杀虫剂的抗性和敏感性具有重要意义。同时也为中华按蚊及淡色库蚊的研究提供基础资料。迄今为止,国内外这一领域的研究较少,且多限于按蚊(Mack等,1979;黄复生等,1999;魏呜和王菊生,1991),库蚊(Uchida 等,1990)及伊蚊(李凤舞等,1990)的研究更少。本文同时测定了我国重要蚊种中华按蚊(Anopheles sinensis)与淡色库蚊(Culex pipiens pallens)新羽化雌蚊血淋巴游离氨基酸(free amino acids,FAAs)的组分与含量,并进行了比较与分析。     

斯氏按蚊中Toll受体参与抵抗微生物感染和调控肠道菌群稳态

【目的】Toll信号通路是昆虫天然免疫系统的重要组分,其中Toll受体在激活昆虫病原菌侵染免疫应答方面发挥了关键作用。本研究旨在探究斯氏按蚊Anopheles stephensi Toll受体基因在抵抗微生物侵染和维持肠道菌群稳态过程中的功能。【方法】根据冈比亚按蚊Anopheles gambiae Toll受体家族的蛋白氨基酸序列,通过序列同源比对鉴定斯氏按蚊中相应的Toll受体基因;运用荧光定量PCR检测Toll受体基因在未感染病原菌的斯氏按蚊脂肪体中的相对表达量,以及在真菌球孢白僵菌Beauveria bassiana和革兰氏阴性细菌胡萝卜软腐欧文氏菌Erwinia carotovora subsp. carotovora侵染斯氏按蚊过程中的表达变化;最后,在斯氏按蚊雌成蚊胸部显微注射AsToll1A和AsToll5A的双链RNA进行RNA干扰后,检测RNAi处理的斯氏按蚊受真菌侵染后的存活率、肠道细菌含量变化以及抗菌肽基因表达变化。【结果】在斯氏按蚊中共鉴定到8个Toll受体基因,即AsToll1A, AsToll5A, AsToll6, AsToll7, AsToll8, AsToll9, AsToll10和AsToll11。通过荧光定量PCR检测发现,未感染病原菌的斯氏按蚊雌成蚊脂肪体中AsToll5A表达量最高,AsToll1A表达量次之,其余Toll受体基因表达量极低。在球孢白僵菌和胡萝卜软腐欧文氏菌侵染过程中,与对照(注射PBS)比较,AsToll1A和AsToll5A在斯氏按蚊中的表达量显著升高,其余Toll受体基因表达变化不显著或降低。RNA干扰结果表明,AsToll1A或AsToll5A的表达受到抑制后,斯氏按蚊对球孢白僵菌的抵抗能力显著降低,肠道细菌总量与对照(dsGFP)比较显著增多。而且,抑制AsToll1A后抗菌肽基因DEF1和GAM1的表达受到显著抑制;抑制AsToll5A后仅有GAM1表达量下调。【结论】斯氏按蚊Toll受体在结构和功能上具有高度的保守性,其中AsToll1A和AsToll5A能响应病原真菌和革兰氏阴性细菌侵染并且影响肠道菌稳态。     

冈比亚按蚊犬尿氨酸甲酰胺酶抑制剂的虚拟筛选

【目的】利用计算机模拟技术,对冈比亚按蚊Anopheles gambiae犬尿氨酸甲酰胺酶(kynurenine formamidase,KFase)的潜在抑制剂进行虚拟筛选,以获得可以削弱冈比亚按蚊作为中间宿主传播疟疾等蚊媒疾病的候选杀蚊剂。【方法】下载冈比亚按蚊KFase的氨基酸序列,通过BLAST方法查询不同物种中的同源蛋白质,并利用MEGA6最大似然法(maximum likelihood method)构建进化树,选择适于作为模板的同源蛋白黑腹果蝇Drosophila melanogaster KFase晶体结构(PDB ID:4E14),对冈比亚按蚊KFase进行三维建模。利用随机森林算法对小分子化合物数据库进行筛选,并对筛选结果进行处理,模拟自然条件下有机小分子与冈比亚按蚊KFase的结合以及分子对接,从而筛选出冈比亚按蚊KFase的潜在抑制剂。【结果】获得3个小分子化合物与冈比亚按蚊KFase结合的亲和能较低,分别是:N-(2,4-diketo-1H-pyrimidin-6-yl)-2-fluoro-benzamide;3-(4-fluorophenyl)-2,4-dioxo-1,2,3,4-tetrahydropyrimidine-5-carboxylic acid;N-(2-oxo-2,3-dihydro-1Himidazo[4,5-b]pyridin-5-yl)-succinamic acid。它们与冈比亚按蚊KFase结合的亲和能分别为:-9.0,-8.7和-8.9 kcal/mol。【结论】N-(2,4-diketo-1H-pyrimidin-6-yl)-2-fluoro-benzamide,N-(2-oxo-2,3-dihydro-1H-imidazo[4,5-b]pyridin-5-yl)-succinamic acid和3-(4-fluorophenyl)-2,4-dioxo-1,2,3,4-tetrahydropyrimidine-5-carboxylic acid是冈比亚按蚊犬尿氨酸甲酰胺酶的潜在竞争性抑制剂,这些化合物是否可作为杀蚊剂的候选化合物有待实验验证。