葱蝇热激蛋白DaHSP23基因的克隆及在冬滞育和夏滞育蛹中的表达分析

[目的]低分子量(12 ～43 kDa)热激蛋白(sHSPs)具有抗逆应答的功能,滞育是昆虫抵抗不良环境的特殊发育形式,但sHSPs在昆虫滞育发育过程中的作用仍不清楚.本研究克隆和特征化葱蝇Delia antiqua sHSP基因,并研究它在夏滞育和冬滞育发育过程中的表达模式,为阐明sHSPs在滞育发育上的功能奠定基础.[方法]通过RACE-PCR方法克隆了葱蝇HSP23基因,通过相似性比较分析了其特征、结构域及与双翅目代表性同源基因的系统发育关系;采用实时荧光定量PCR研究了该基因在葱蝇冬滞育蛹和夏滞育蛹发育过程中的表达情况,通过表达的差异比较揭示了该基因与滞育发育的关系.[结果]克隆出了葱蝇HSP23基因,命名为DaHSP23(GenBank登录号:HQ392521.1),其cDNA全长序列为904 bp,编码186个氨基酸,推测蛋白分子量为20.9 kDa,等电点为6.42.该基因的编码蛋白与其他双翅目昆虫的sHSPs有超过66％的氨基酸序列一致性,与已报道的其他双翅目昆虫的滞育相关HSP23基因同源.基因组测序显示该基因无内含子.DaHSP23基因在葱蝇非滞育蛹的发育过程中一直保持在较低的水平,各发育阶段间的表达量不存在显著差异.但在冬滞育和夏滞育蛹中,该基因从滞育起始期开始逐渐显著升高表达,到滞育维持期的中后期达到峰值,在滞育终止期逐渐降到较低的水平.[结论]DaHSP23基因在葱蝇冬滞育和夏滞育发育过程中明显上调表达,但存在差异,它在滞育期的调控可能是种专化的.DaHSP23可能在葱蝇两种类型的滞育上起重要作用.     

葱蝇非滞育与夏滞育蛹蛋白的双向凝胶电泳比较分析

【目的】比较分析葱蝇Delia antiqua非滞育与夏滞育蛹的蛋白表达差异, 为进一步揭示昆虫滞育的分子调控机理和昆虫防治提供理论基础。【方法】以非滞育和夏滞育的蛹为材料, 提取总蛋白; 进行双向凝胶电泳和凝胶图像分析, 对并差异蛋白质进行MALDI-TOF MS质谱鉴定, 获得该点的质量指纹图谱; 利用MASCOT软件在NCBI和SWISS PORT蛋白质数据库中进行搜索鉴定。【结果】非滞育和夏滞育蛹的蛋白表达存在显著差异。通过质谱鉴定和生物信息学分析, 13个差异表达的蛋白质分别为胶原蛋白、 纺锤丝组装非正常蛋白6(SAS6)、 5,10-亚甲基四氢叶酸合成酶(MTHFS)、 Bnb蛋白(bangles and beads)及其他功能未知蛋白。【结论】葱蝇在夏滞育时期, 蛹体内的某些蛋白被上调或下调表达。本研究所鉴定的蛋白中, 部分可能是参与滞育相关的蛋白质网络中的成员, 它们可能在抗高温、 染色体分离、 叶酸代谢等生理过程中发挥重要作用。     

葱蝇热激蛋白DaHSP23基因的克隆及在冬滞育和夏滞育蛹中的表达分析（英文）

【目的】低分子量（12~43 kDa）热激蛋白(sHSPs)具有抗逆应答的功能,滞育是昆虫抵抗不良环境的特殊发育形式,但sHSPs在昆虫滞育发育过程中的作用仍不清楚。本研究克隆和特征化葱蝇Delia antiqua sHSP基因,并研究它在夏滞育和冬滞育发育过程中的表达模式,为阐明sHSPs在滞育发育上的功能奠定基础。【方法】通过RACE-PCR方法克隆了葱蝇HSP23基因,通过相似性比较分析了其特征、结构域及与双翅目代表性同源基因的系统发育关系;采用实时荧光定量PCR研究了该基因在葱蝇冬滞育蛹和夏滞育蛹发育过程中的表达情况,通过表达的差异比较揭示了该基因与滞育发育的关系。【结果】克隆出了葱蝇HSP23基因,命名为DaHSP23（GenBank登录号：HQ392521.1）,其cDNA全长序列为904 bp,编码186个氨基酸,推测蛋白分子量为20.9 kDa,等电点为6.42。该基因的编码蛋白与其他双翅目昆虫的sHSPs有超过66%的氨基酸序列一致性,与已报道的其他双翅目昆虫的滞育相关HSP23基因同源。基因组测序显示该基因无内含子。DaHSP23基因在葱蝇非滞育蛹的发育过程中一直保持在较低的水平,各发育阶段间的表达量不存在显著差异。但在冬滞育和夏滞育蛹中,该基因从滞育起始期开始逐渐显著升高表达,到滞育维持期的中后期达到峰值,在滞育终止期逐渐降到较低的水平。【结论】DaHSP23基因在葱蝇冬滞育和夏滞育发育过程中明显上调表达,但存在差异,它在滞育期的调控可能是种专化的。DaHSP23可能在葱蝇两种类型的滞育上起重要作用。     

葱蝇非滞育、 冬滞育和夏滞育蛹发育和形态特征比较

昆虫非滞育、 冬滞育和夏滞育蛹具有不同的生理和发育过程。本研究以葱蝇Delia antiqua作为模式种, 以黑腹果蝇Drosophila melanogaster蛹的发育形态特征和命名为参照, 用解剖、 拍照、 长度测量和图像处理等方法系统地比较研究了非滞育、 冬滞育和夏滞育蛹的发育历期和形态变化, 重点在头外翻和滞育相关发育和形态特征, 目的在于弄清非滞育、 冬滞育和夏滞育蛹发育和形态特征差异, 为滞育发育阶段的识别、 滞育分子机理研究奠定形态学基础。冬滞育蛹的滞育前期、 滞育期和滞育后期分别为4, 85和27 d, 夏滞育蛹的滞育前期、 滞育期和滞育后期分别为2, 8和22 d。从化蛹至头外翻完成为滞育前期, 头外翻完成约10 h内复眼中央游离脂肪体可见。头外翻的完成是滞育发生的前提, 非滞育、 夏滞育和冬滞育蛹头外翻发生在化蛹后的48, 36和83 h, 在头外翻过程中发育形态没有差异。头外翻的过程为： 首先, 头囊和胸部附肢从胸腔外翻, 头部形态出现; 然后, 腹部肌肉继续收缩, 将血淋巴和脂肪体推进头部及胸部附肢。葱蝇蛹在完成蛹期有效积温约15%时进入冬滞育或夏滞育。在滞育期, 蛹的形态一直停留在复眼中央游离脂肪体可见这一形态时期, 且冬滞育和夏滞育的蛹在形态上没有区别。在体长、 体宽和体重上, 冬滞育蛹最大, 夏滞育蛹次之, 非滞育蛹最小。在滞育后期, 在黄色体出现期间, 非滞育蛹的马氏管清楚可见, 呈绿色, 而滞育蛹的马氏管几乎不可见。本研究为认知昆虫滞育生理、 从发育历期和形态上推断滞育发育进程提供了依据。     

基于转录组的甘蔗PPR基因家族的鉴定及表达分析

本研究基于甘蔗花叶病毒(sugarcane mosaic virus, SCMV)侵染甘蔗(Saccharum spp.)健康幼嫩叶部转录组数据,运用生物信息学方法在甘蔗基因组中鉴定了196个甘蔗三角状五肽重复蛋白(sugarcane penta-tricopeptide repeat protein, ScPPR)家族基因,并对该家族成员蛋白的基本理化信息、亚细胞定位、保守基序、系统进化树和转录组表达量等进行分析和RT-qPCR验证。分析结果表明,甘蔗中包含有196个ScPPR基因家族成员,其编码蛋白质含有52～1 293个氨基酸,分子量为5 897～144 174 kDa,理论等电点范围为4.70～10.54;对ScPPR家族成员亚细胞定位预测分析结果表明大多数成员定位于叶绿体和细胞核中;系统进化关系分析表明ScPPR基因家族分为GroupⅠ和GroupⅡ;对甘蔗转录组的基因表达分析表明ScPPR2、ScPPR48、ScPPR54、ScPPR58、ScPPR151、ScPPR165、ScPPR168、ScPPR184的基因表达量有显著差异。利用RT-qPCR实验进行验证,其中ScP...     

葱蝇冬滞育蛹的全长cDNA文库的构建

葱蝇Delia antiqua(Meigen)具有冬滞育的特性且与黑腹果蝇Drosophila melanogaster近缘。该研究目的在于构建葱蝇冬滞育蛹的全长cDNA文库,为进一步的冬滞育专化基因筛选、克隆、和表达分析奠定基础。利用RNAiso试剂盒提取葱蝇冬滞育蛹的总RNA,采用SMART技术合成全长cDNA,经SfiⅠ酶切消化后,将cDNA克隆到质粒载体pDNR-LIB。经鉴定,原始文库的滴度为2.4×107cfu/mL。随机挑取15个克隆,经PCR快速鉴定,插入片段大小在0.5～3kb之间,平均大小在1kb左右,重组率达100%。结果表明该研究获得高质量的葱蝇冬滞育蛹cDNA文库。     

基于转录组学的管纹艳虎天牛表皮蛋白基因家族的鉴定及特征分析

表皮蛋白(cuticular protein,CP)在昆虫生长发育、抵御外界不良环境等方面具有重要作用,但在管纹艳虎天牛Rhaphuma horsfieldi中关于CP基因的研究尚属空白.本研究基于已测序的转录组,通过生物信息学技术从管纹艳虎天牛中一共鉴定到108个CP基因,包括41个CP-RR1、30个CP-RR2、...     

黄梁木WOX基因家族的鉴定与表达分析

WOX (WUSCHEL-related homebox)转录因子在调节植物生长发育和响应非生物胁迫中起着重要作用。为揭示华南地区重要速生树种黄梁木(Neolamarckia cadamba)WOX基因家族的功能,本研究利用生物信息学方法对黄梁木WOX基因进行全基因组鉴定,并对其理化性质、蛋白质结构、染色体定位、系统进化、基因表达模式以及启动子顺式元件进行分析。结果表明：黄梁木中共有19个WOX基因,分布在14条染色体上;NcWOX家族成员分为WUS进化支、中间进化支和古代进化支,均具有高度保守的同源结构域。基因表达模式分析表明,NcWOX4.1、NcWOX4.2、NcWOX13.1以及NcWOX13.2在茎的维管组织中表达量较高,其中NcWOX4.1、NcWOX4.2在初生生长向次生生长转换期的形成层表达量最高,推测NcWOX4.1、NcWOX4.2、NcWOX13.1和NcWOX13.2参与黄梁木维管发育。启动子顺式作用元件分析表明,NcWOX基因家族成员的启动子具有丰富的光应答、激素应答以及逆境反应元件。本研究为深入研究NcWOX基因在黄梁木生长发育及逆境响应中的作用奠定了重要基...     

葱蝇海藻糖-6-磷酸合成酶基因的克隆、序列分析及滞育相关表达

海藻糖-6-磷酸合成酶（trehalose-6-phosphate synthase, TPS）是昆虫海藻糖合成途径中的关键酶之一。本研究通过对葱蝇Delia antiqua海藻糖-6-磷酸合成酶基因的克隆、 序列分析及滞育相关表达的分析, 旨在证明该基因在能源合成以及抵御高温和低温环境方面发挥重要作用, 为进一步弄清葱蝇滞育分子机制提供理论依据。根据葱蝇抑制消减杂交文库中的EST序列信息, 设计特异性引物, 并通过RACE技术克隆了葱蝇海藻糖-6-磷酸合成酶基因全长cDNA, 命名为DaTPS1 （GenBank登录号： JX681124）, 其全长为2 904 bp, 开放阅读框2 448 bp, 编码815个氨基酸, 推测其相对分子质量为91.2 kD, 等电点为5.96。生物信息学分析表明, 该基因编码的氨基酸序列具有两个保守结构域, 与其他物种TPS具有较高的同源性, 其中和黑腹果蝇Drosophila melanogaster亲缘关系最近, 氨基酸序列一致性为92.1%; 其蛋白质三维结构有15条大的α螺旋和11股反向平行的β链折叠。RT-PCR分析表明, DaTPS1在葱蝇非滞育、 夏滞育和冬滞育期蛹中都有表达, 但是非滞育期各时期表达量基本没有变化, 而在夏滞育和冬滞育蛹的滞育前期表达量较高, 滞育保持期表达量较低, 滞育期后期表达量又有所升高。推断在葱蝇蛹夏滞育和冬滞育期前期, TPS1开始催化合成较多的海藻糖以提高滞育期抵御不良环境的能力, 滞育保持期蛹的新陈代谢降低, 所需能量较少, 所以TPS1处于低水平表达状态, 而滞育期结束后, 蛹生长发育逐渐恢复, 所需能量有所增加, TPS1的表达量再次升高。本研究对揭示昆虫TPS在能量代谢通路中的作用及昆虫滞育的分子机理具有一定的科学意义。     

家蚕BmAKR基因家族的鉴定及在蚕卵中的表达分析

醛酮还原酶超家族(aldo-keto reductase super family,AKRs)具有广泛的底物特异性,目前尚未见对昆虫AKR基因家族成员的系统鉴定报道。本研究采用生物信息学手段,预测了家蚕(Bombyx mori) AKR基因的系统进化、理化性质、染色体定位、保守基序和基因结构,通过转录组数据和实时荧光定量聚合酶链式反应(quantitative real time polymerase chain reaction,q RT-PCR)分析了不同组织时期及不同发育状态蚕卵中Bm AKR基因的表达水平,并采用Western blotting检测了蚕卵中该蛋白的表达量。本研究共鉴定出11个Bm AKR基因,分布在4条不同的染色体上,都具有AKR家族特有的(α/β) 8桶保守结构,理化特征较为相似;系统进化分析显示,其可分为2个家族(AKR1和AKR2)。转录组数据分析显示,家族成员基因在不同组织时期中的表达差异较大。进一步分析发现,一部分Bm AKR基因在非滞育卵的表达量显著高于滞育卵;但Bm AKR1-1在滞育卵中的表达量却显著高于非滞育卵。蛋白水平的检测发现Bm AKR1...     

The relationship of age and ovarian development to mating of Delia antiqua (Diptera: Anthomyiidae)

Abstract. The relationship between age and sexual receptivity for male and female onion flies, Delia antiqua (Meigen) (Diptera: Anthomyiidae), and factors affecting ovarian development were examined under various conditions. Confinement in small arenas had a significant negative effect on the rate of oogenesis over the first 10 days of adult life and, in some cases, on the percentage of females inseminated. The rate of oogenesis was not affected by male population density, but high density of females in large arenas appeared to have a priming effect. Few males in single-pair mating bioassays conducted over 24 h were sexually mature at 3–4 days post-eclosion, but > 50% mated when aged 6–7 days. Although females first mated at 3–4 days post-eclosion when confined for 24 h with sexually mature males, most females mated at 6–7 days of age when oocytes in the terminal ovariole position comprised 50% of total egg volume (stage 7 or greater on a 10-stage scale). No females aged 3 days were mated in no-choice and two-choice bioassays with sexually mature males over 24 h. Previtellogenic females (stage 3) were not inseminated, and ovarian development was only correlated weakly ( r = 0.48) with mating. Frequency of mating in mixed-sex groups of twenty flies was comparable with that in single pairs. However, more females were inseminated at 3–4 days, probably as a result of multiple matings by a few precocious males. These results do not support the hypothesis that females mate only when ovarioles are mature.     

叉头转录因子1基因FOXO1的特征及其在葱蝇夏滞育前期蛹体内糖脂代谢中的作用(英文)

【目的】克隆和鉴定葱蝇Delia antiqua叉头转录因子1基因,探究其在葱蝇夏滞育前期蛹体内糖代谢和脂代谢中的作用。【方法】本研究基于葱蝇转录组数据利用3′RACE法克隆叉头转录因子1基因的全长开放阅读框;利用生物信息学法分析了该基因编码蛋白的序列特征、保守结构域和二级结构,并采用最大似然法对其与其他13种昆虫来源的同源序列进行了聚类分析。通过RNA干扰技术沉默目的基因后,采用实时定量PCR法分析葱蝇夏滞育前期蛹体内目的基因下游脂肪酶brummer基因(DaBmm)和磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶基因(DaDepck)的表达规律,并对甘油三脂(TAG)、海藻糖和葡萄糖含量及总脂肪酶的活性变化进行分析。【结果】克隆得到了葱蝇叉头转录因子1基因DaFOXO1 (GenBank登录号: MG813258),其编码蛋白含有619个氨基酸,具有典型的叉头DNA结合域,核定位信号,2个14-3-3结合区和1个富含谷氨酰胺区;DaFOXO1与铜绿蝇Lucilia cuprina FOXO1蛋白的氨基酸序列有87%的一致性,并与其聚为一支。干扰葱蝇夏滞育前期蛹DaFOXO1后,8-20 h间可显著抑制DaBmm基因的表达,12-24 h间可显著影响TAG含量和总脂肪酶的活性,8-20 h(16 h除外)间可显著降低DaPepck的表达,但对葡萄糖和海藻糖的含量没有显著影响。【结论】本研究结果表明海藻糖和葡萄糖的积累在化蛹前已完成;DaFOXO1对DaBmm和DaDepck基因的表达调控可能有利于葱蝇夏滞育前期蛹体内的脂肪积累。同时也表明靶向Bmm依赖性脂类水解过程及其下游因子可为打破昆虫滞育提供一种有效策略。     

麦红吸浆虫蜕皮激素受体（EcR）基因的克隆与表达分析

为了研究蜕皮激素受体（EcR）在麦红吸浆虫Sitodiplosis mosellana (Géhin)滞育活动中的作用, 利用RT PCR和RACE技术克隆得到了麦红吸浆虫蜕皮激素受体基因cDNA全长, 并通过Real-time quantitative PCR研究了其表达情况。该cDNA全长序列被命名为SmEcR （GenBank登录号： KC491135）, 其开放阅读框长1 386 bp, 编码461个氨基酸残基。其蛋白预测分子量52.90 kD, 理论等电点6.24。该蛋白与其他已报道的昆虫EcR蛋白具有很高的同源性, 其中与迟眼蕈蚊Bradysia coprophila中相应蛋白的氨基酸序列一致性高达92%。SmEcR在麦红吸浆虫不同滞育时期和不同虫态中均有表达, 且在不同滞育时期、 不同虫态中的表达量差异很大。在滞育不同时期以11月表达量最高, 12月表达量最低; 在不同虫态以麦穗幼虫中的表达量较低, 而成虫中的表达水平很高。本研究为进一步明确SmEcR在麦红吸浆虫滞育调控中的作用奠定了基础。     

Laboratory transmission and in vivo incubation of Entomophthora muscae (Entomophthorales: Entomophthoracae) in the onion fly,Delia antiqua (Diptera: Anthomyiidae)

A high-moisture infection chamber was used for the in vivo transmission of Entomophthora muscae within laboratory populations of the onion fly, Delia antiqua. This cadaver-to-fly transmission procedure provided an average experimental infection rate well above 95%. Laboratory infection and temperature-dependent incubation rates of E. muscae were further examined in adult populations of D. antiqua. The time from initial exposure until host death and pathogen sporulation was accurately predicted using a second-order function of the incubation temperature. A developmental base temperature of approximately 5°C was estimated, with 105 degree-days being the average number of heat units required between host infection and death. E. muscae transmission between D. antiqua and D. platura, two insect pests typically associated with Michigan onion production, was verified under laboratory conditions.