5个棉蚜组织蛋白酶B基因克隆及在不同寄主专化型中的表达分析

昆虫组织蛋白酶B在昆虫代谢中发挥着重要作用。本研究从棉蚜Aphis gossypii Glover的转录组数据库中挑选Cath B并克隆得到全长cDNA序列,使用qRT-PCR分析这些基因在不同寄主专化型棉蚜不同龄期中的相对表达量。通过分析棉蚜体内5个高表达组织蛋白酶B基因不同发育阶段的表达谱,比较了不同专化型棉蚜在寄主转换之后的表达差异。研究发现,这5个基因在不同龄期不同寄主上均表达。棉花型棉蚜在棉花寄主上不同基因间的表达各不相同。黄瓜型棉蚜在黄瓜Cucumis sativus L.上AgCb-1、AgCb-2、AgCb-3基因均在成蚜时期表达量相对较高,AgCb-4、AgCb-5基因表达量则与之相反。分别将棉花型棉蚜和黄瓜型棉蚜转接到西葫芦Cucurbita pepo L.上后,棉花型棉蚜AgCb-1、AgCb-4基因和黄瓜型棉蚜AgCb-1、AgCb-2、AgCb-3基因均在成蚜不同时期的表达量显著大于转接前。结果表明：AgCb-1、AgCb-2、AgCb-3、AgCb-4、AgCb-5基因表达量伴随着棉蚜的生长发育以及寄主的转换,表现出不同的差异。说明组织蛋白酶在棉蚜对寄主植物的适应性过程中可能发挥作用。     

不同棉蚜种群对棉花和黄瓜的适合度分化

通过室内转接试验,研究来源于越冬寄主花椒、木槿、石榴和夏寄主棉花、黄瓜共5个棉蚜Aphids gossypii Glover种群对棉花和黄瓜的适合度。结果表明:花椒棉蚜、木槿棉蚜、棉花棉蚜转接到棉花上的成虫留居率和种群繁殖率均明显地高于黄瓜;黄瓜棉蚜转接到棉花上的成虫留居率和种群繁殖率均显著地低于黄瓜;石榴棉蚜转接到棉花上的种群繁殖率显著低于黄瓜,但成虫留居率在2种寄主之间没有明显差异。     

棉蚜对寄主的选择及寄主专化型研究

采用叶片选择法,生命表及EPG技术研究了棉蚜对寄主植物的选择和专化性,结果表明,棉花上生长的棉蚜对棉花,西葫芦和西瓜叶片均具有强选择性,而对黄瓜和南瓜选择性弱,西瓜,南瓜和黄瓜上生长的棉蚜对其原寄主选择性强,而对棉花选择性弱,棉花上的棉蚜转接到黄瓜和南瓜上,其存活率和繁殖力极低,棉蚜的取食行为在黄瓜和马铃薯,黄瓜和棉花之间存在明显的寄主专化型,黄瓜与棉花上的棉蚜相互转接均难成功,而黄瓜和马铃薯上的棉蚜转移具有不对称性。     

棉花型和黄瓜型棉蚜(Aphis gossypii Glover)的寄主适应性及转移通道

采用寄主转接建立生命表的方法研究了棉花型和黄瓜型棉蚜对不同寄主植物的适应性,以及两寄主型棉蚜是否可通过中间桥梁寄主实现寄主互换的问题。结果表明,两寄主型棉蚜直接互换寄主后,其存活和繁殖力显著下降,表现为棉花型和黄瓜型棉蚜的净增殖率比在原寄主上分别下降980倍和12倍,平均世代寿命缩短5～12d。两寄主型棉蚜均能利用木槿植物,并且适应性没有显著差异。但是两寄主型棉蚜均不能在车前草和大叶黄杨上存活和繁殖后代。西葫芦作物对棉蚜在木槿、棉花和黄瓜寄主上的相互转移起到了重要的桥梁寄主作用。冬寄主木槿上棉蚜可通过甜瓜或西葫芦转移到黄瓜寄主上,棉花和黄瓜上棉蚜也可通西葫芦作物分别转移到黄瓜和棉花作物上,从而形成棉蚜在不同寄主植物间的相互转移通道,造成为害和病毒病的扩张。     

棉花型和黄瓜型棉蚜对寄主植物的适合度

采用寄主转换建立生命表及触角电位 (EAG)方法比较了棉蚜两寄主专化型 (棉花型和黄瓜型 )对不同夏季作物的适合度。结果表明 ,棉花型蚜转到黄瓜上及黄瓜型蚜转接到棉花上均不能正常产仔繁殖和建立种群。两种蚜型均不能在茄子和苋菜上建立种群。黄瓜型蚜能在豇豆上建立种群 ,但棉花型蚜不能 ,表现出两种寄主型棉蚜对夏寄主利用上存在显著差异。受棉蚜为害 12～ 36 h后的黄瓜或棉花植株仍不适合于棉花型或黄瓜型蚜 ,表现出黄瓜型蚜不能在被棉花型蚜为害过的棉株上正常存活和繁殖 ,棉花型蚜也不能在被黄瓜型蚜为害过的黄瓜苗上存活和繁殖。两种寄主型蚜对不同寄主叶片丙酮提取物的触角电位表明 ,黄瓜型蚜对棉花、哈密瓜和马铃薯叶片提取物的反应显著强于棉花型蚜 ,而对黄瓜和甜瓜叶片提取物的反应上两种蚜型差异不显著。文中同时对棉花型和黄瓜型棉蚜产生的生态机制进行了讨论。     

三个棉蚜谷胱甘肽-S-转移酶(GST)基因克隆及在不同寄主专化型中的表达分析

【目的】明确棉蚜Aphis gossypii Glover体内3个高表达谷胱甘肽-S-转移酶(GST)基因不同发育阶段的表达谱,并比较它们在不同寄主专化型棉蚜中的表达差异。【方法】从棉蚜的伏蚜和苗蚜转录组数据库中挑选GSTs并克隆得到全长cDNA序列,使用qRT-PCR分析这些基因在不同寄主专化型棉蚜不同龄期中的相对表达量。【结果】克隆到3个高表达的GSTs基因,分别命名为AgoGST-s1(GenBank登录号:MN688789)、AgoGST-d1(GenBank登录号:MN688790)、AgoGST-d2(GenBank登录号:MN688791)。这3个基因在不同龄期均表达,不同发育阶段的表达谱基本一致,表达量呈现从低到高的变化趋势。AgoGST-s1基因在各个发育阶段相对表达量的变化幅度较小,而AgoGST-d1、AgoGST-d2的变化幅度较大。对比两种寄主专化型棉蚜相同龄期时的表达情况发现,黄瓜型棉蚜中GSTs基因的表达量在大部分龄期都高于棉花型棉蚜。【结论】AgoGST-s1、AgoGST-d1、AgoGST-d2基因表达量伴随棉蚜生长发育变化趋势明显,在不同寄主专化型棉蚜体内的表达量存在差异,可能与棉蚜对寄主植物的适应性有关。     

棉蚜溶菌酶基因AgLYS的克隆与表达分析

【目的】克隆棉蚜Aphis gossypii Glover溶菌酶基因并进行原核表达,分析其在不同日龄和不同寄主植物上棉蚜体内的表达特征,为进一步研究溶菌酶的功能及其与棉蚜共生菌间的关系奠定基础。【方法】以无翅棉蚜成虫总RNA为模板,采用RT-PCR与RACE方法获得棉蚜溶菌酶基因的cDNA全长序列;将信号肽序列剪切后的棉蚜溶菌酶基因片段连接到原核表达载体pET-30a,并转化到大肠杆菌Eschericha coli中进行诱导表达;采用定量PCR方法测定该基因在不同日龄(1-19日龄)以及西葫芦、黄瓜和豇豆等不同寄主植物上棉蚜体内的相对表达量。【结果】克隆获得棉蚜溶菌酶基因,命名为AgLYS(Gen Bank登录号:KY575341),cDNA全长为680 bp,开放阅读框为516bp,编码172个氨基酸残基。AgLYS的N-末端含有长度为36个氨基酸残基的信号肽序列。系统发育分析表明,棉蚜溶菌酶属于i型溶菌酶,并且与豌豆蚜Acyrthosiphon pisum i型溶菌酶基因的氨基酸序列一致性达90%。AgLYS可在大肠杆菌中诱导表达,表达蛋白分子量为20 k D左右。AgLYS在1-19日龄的棉蚜体内均有表达,但在1-9日龄棉蚜体内表达量较低,11日龄后的棉蚜体内表达量极显著升高(P0.01)。同时,在西葫芦上饲养的棉蚜体内AgLYS的表达量极显著高于在黄瓜和豇豆上饲养的棉蚜体内的表达量(P0.01)。【结论】从棉蚜中克隆获得了i型溶菌酶基因AgLYS,并在大肠杆菌中诱导表达。棉蚜AgLYS基因的表达量受蚜虫日龄及所取食寄主种类的影响,推测棉蚜i型溶菌酶AgLYS可能与棉蚜体内共生菌种群密度的调控相关。     

棉花型和瓜型棉蚜产生有性世代能力的分化

为了明确寄主专化性是否会影响棉蚜的繁殖策略或生活史对策,采用低温和短光照组合（18℃,L∶D=8∶16）分别对棉花型和瓜型棉蚜进行有性世代的诱导,比较两寄主专化型棉蚜产生有翅蚜、雄性母、雌性母及无翅孤雌蚜的能力。结果表明：两寄主专化型棉蚜在产生有性世代能力上存在显著差异,表现为棉花型棉蚜在诱导后代中产生有翅蚜、雄性母和雌性母的比率显著高于瓜型棉蚜,并且雌、雄性母产生的时间明显早于瓜型棉蚜。瓜型棉蚜在诱导条件下产生无翅孤雌蚜的比率显著高于棉花型棉蚜,并且发现有不产生有性世代的营专性孤雌生殖个体,而在棉花型棉蚜中没有发现。产生性母蚜的棉花型和瓜型棉蚜均可同时产生孤雌胎生后代。寄主型与诱导时间长短对棉蚜有性世代的产生存在交互作用。采集于田间棉花和黄瓜上的棉蚜,也表现为棉花上的易产生有性世代,在诱导的第2代中产生性母蚜的比率显著高于黄瓜上的棉蚜,并且性母蚜比率在诱导的第2代与第3代间无显著差异; 但黄瓜上的棉蚜性母蚜产生比率第3代显著高于第2代。由此推测,棉蚜寄主专化性的形成与生活史特性的分化有关。     

不同生物型棉蚜对夏寄主葫芦科作物的选择

于2008、2009年连续两年采用模拟田间自然扩散法,系统地研究了棉花型棉蚜和甜瓜型棉蚜有翅蚜对11种夏寄主的选择性.结果表明,棉花型棉蚜对杂交葫芦、小西葫芦表现出强选择性及适应性,而对香瓜、黄瓜、西瓜及甜瓜均不选择,或即使选择其若蚜在其上也不能存活;甜瓜型棉蚜对甜瓜、香瓜、南瓜、黄西葫芦、大西葫芦、杂交葫芦等均表现较强选择性,而对棉花及小西葫芦表现不选择.但是,甜瓜型棉蚜在小西葫芦上也能产若蚜并存活.从而证明小西葫芦是两种寄主型棉蚜的共同寄主,有可能成为两者相互转换的桥梁寄主.     

田间中间寄主豇豆对专化型棉蚜的影响

中间寄主植物在植食性昆虫的取食选择和进化方向上起着重要的作用。本研究在田间设置罩笼,结合生态学调查和生物型鉴定技术研究了中间寄主豇豆对棉花型棉蚜和黄瓜型棉蚜专化性的影响。研究结果表明,棉花型棉蚜在豇豆上需经过1周时间的适应才能在豇豆上繁殖并在接虫后的第31天达到峰值(1 019±191头/百株),但不能够继续转移到黄瓜上建立种群;黄瓜型棉蚜在豇豆上在接虫后的第11天首次被记录后,其种群密度就迅速增加,到接虫后的第28天达到种群数量最大值(16 810±2 966头/百株),但也未能成功转移到棉花上存活并建立种群。在本实验研究条件下,中间寄主豇豆不能够改变棉花型棉蚜对棉花的偏好性,也不能在短期内改变黄瓜型棉蚜对黄瓜的专化性。     

Investigation of the mechanism of temperature sensitivity of the electroreceptors of ampullae of lorenzini

In experiments on Black Sea skates (Raja clavata), the potential of the receptor epithelium of the ampullae of Lorenzini and spike activity of single nerve fibers connected to them were investigated during electrical and temperature stimulation. Usually the potential within the canal was between 0 and –2 mV, and the input resistance of the ampulla 250–400 k. Heating of the region of the receptor epithelium was accompanied by a negative wave of potential, an increase in input resistance, and inhibition of spike activity. With worsening of the animal's condition the transepithelial potential became positive (up to +10 mV) but the input resistance of the ampulla during stimulation with a positive current was nonlinear in some cases: a regenerative spike of positive polarity appeared in the channel. During heating, the spike response was sometimes reversed in sign. It is suggested that fluctuations of the transepithelial potential and spike responses to temperature stimulation reflect changes in the potential difference on the basal membrane of the receptor cells, which is described by a relationship of the Nernst's or Goldman's equation type.I. P. Pavlov Institute of Physiology, Academy of Sciences of the USSR, Leningrad. I. M. Sechenov, Institute of Evolutionary Physiology and Biochemistry, Academy of Sciences of the USSR, Leningrad. Pacific Institute of Oceanology, Far Eastern Scientific Center, Academy of Sciences of the USSR, Vladivostok. Translated from Neirofiziologiya, Vol. 12, No. 1, pp. 67–74, January–February, 1980.     

Principles of organization and evolution of systems of regulation of functions

Evolution of living organisms is closely connected with evolution of structure of the system of regulations and its mechanisms. The functional ground of regulations is chemical signalization. As early as in unicellular organisms there is a set of signal mechanisms providing their life activity and orientation in space and time. Subsequent evolution of ways of chemical signalization followed the way of development of delivery pathways of chemical signal and development of mechanisms of its regulation. The mechanism of chemical regulation of the signal interaction is discussed by the example of the specialized system of transduction of signal from neuron to neuron, of effect of hormone on the epithelial cell and modulation of this effect. These mechanisms are considered as the most important ways of the fine and precise adaptation of chemical signalization underlying functioning of physiological systems and organs of the living organism