整合昆虫发育生物学和果蝇遗传学来研究昆虫发育与变态

成熟动物(昆虫)个体大小主要由生长持续时间和生长速度2个因素所决定。蜕皮激素和保幼激素协同调控昆虫发育变态,并决定昆虫生长持续时间;胰岛素、营养和细胞接触抑制等生长死亡信号及其传导途径控制细胞分裂、长大、分化、死亡,并最终决定昆虫的生长速度。最近研究成果表明,蜕皮激素信号和胰岛素信号相互影响,对昆虫个体大小起决定性的作用;脂肪体和营养代谢把这2条信号传导途径整合起来。科学家将会整合昆虫发育生物学和果蝇遗传学,抓住生长持续时间和生长速率2个关键因素,并以营养代谢和脂肪体为切入点来研究昆虫的发育变态。     

昆虫数字化博物馆的建设

数字化博物馆是博物馆现代化的一个重要标志。国外博物馆从20世纪90年代就开始进行数字化建设,国内的博物馆数字化建设起步较晚,同国外的先进技术相比还有一定的差距,但发展较快。目前,国内外已有的昆虫数字化博物馆各具特色,有以展示昆虫图片为主的,有以介绍昆虫知识为主的,也有以营利为目的的,但仍有不少需要改进的地方。为了满足中小学生的求知欲和探索欲,适应他们喜欢自己动手操作和活泼好动的性格,昆虫数字化博物馆网站建设在技术上应采用J2EE三层体系结构,采用动态网站内容管理与发布系统构建的后台管理系统,将昆虫数字化博物馆分成后台管理和前台展示与交互两部分,从而实现网站内容与表现形式的分离,加快网页更新的速度。在数据库建设上,应采用功能强大的数据库软件,以满足大量图片、声音、动画、视频等多种类型的数据库的有效存储和高效的检索功能。在网站的内容上应有实体展厅的数字化、昆虫学术交流与知识集锦、中小学生互动教育等板块。在网站的后期维护上应做到由全社会的昆虫爱好者共同维护和管理。     

异翅负蝗配子发生过程中c-kit蛋白表达动态

应用免疫组织化学和生物统计分析相结合的方法,对异翅负蝗Atractomorp haheteroptera Bei Bienko配子发生过程中c-kit特异表达特点和动态进行研究。结果表明,(1)精子发生过程中,精原细胞、初级精母细胞、次级精母细胞和成熟精子中均有不同程度的c-kit蛋白表达,精巢末端还有较粗大的阳性颗粒分布;(2)卵子发生过程中,第1~6阶段卵母细胞中有不同程度的c-kit蛋白特异性表达,但随着卵黄发生的开始逐渐消失;(3)此外,滤泡细胞、输卵管和受精囊的腺细胞中有c-kit蛋白颗粒的存在;(4)从c-kit蛋白季节动态变化看,精子发生和卵子发生中的阳性表达都随着时间的延续出现下降的态势。因此,c-kit蛋白的特异性表达提示该蛋白参与配子发生过程的阶段性调控,具有重要的生理作用。     

RNAi介导的GdHsp60和GdHsp70基因沉默对沙葱萤叶甲幼虫抗寒性的影响

【目的】本研究旨在比较不同RNAi方法对沙葱萤叶甲Galeruca daurica幼虫热激蛋白基因(GdHsp60和GdHsp70)的沉默效率,以选择一种可高效降低靶基因表达水平的研究方法,明确这两个热激蛋白在沙葱萤叶甲幼虫抗寒性中的作用。【方法】分别通过饲喂法和显微注射法进行RNAi沉默沙葱萤叶甲1和2龄幼虫的GdHsp60和GdHsp70,采用qPCR检测GdHsp60和GdHsp70的沉默效率;通过显微注射法分别 对GdHsp60和GdHsp70进行RNAi后24 h,用热电偶法测定沙葱萤叶甲2龄幼虫过冷却点和结冰点,生物测定沙葱萤叶甲2龄幼虫暴露于不同低温条件下(-6~-14℃) 2 h的半致死温度(Ltemp₅₀)以及在-5℃低温条件下处理不同时间后的半致死时间(Ltime₅₀)。【结果】用饲喂法和显微注射法进行RNAi均可以降低GdHsp60和GdHsp70的表达水平,但显微注射法的沉默效率更高。与对照组(显微注射dsGFP)相比,沙葱萤叶甲2龄幼虫分别显微注射dsGdHsp60和dsGdHsp70 24 h后,GdHsp60和GdHsp70的表达水平均降至最低,分别降低了84.15%和92.38%。在沙葱萤叶甲2龄幼虫中,显微注射dsGdHsp60 24 h后其过冷却点、结冰点、Ltemp₅₀及Ltime₅₀值分别-10.56±0.42℃,-7.66±0.56℃,-8.33℃和49.25 h,显微注射dsGdHsp70 24 h后其过冷却点、结冰点、Ltemp₅₀及Ltime₅₀值分别为-9.08±0.23℃,-6.09±0.28℃, -8.20℃和52.21 h,而对照组的分别为-14.71±0.11℃,-13.94±0.09℃,-10.63℃和87.13 h。与对 照组(显微注射dsGFP)相比,在沙葱萤叶甲2龄幼虫分别显微注射dsGdHsp60和dsGdHsp70 24 h后过冷却点 、结冰点和Ltemp₅₀显著上升,而Ltime50值显著缩短。【结论】显微注射法可作为沙葱萤叶甲Hsp相关基 因RNAi的主要干扰方法;沉默GdHsp60和GdHsp70基因均会显著降低了沙葱萤叶甲幼虫的抗寒能力。     

不同果园绿肥种植模式下昆虫功能团多样性分析

【目的】为明确苹果园种植绿肥后天敌昆虫与植食性害虫的发生动态。【方法】于2020年3-4月采用马氏网对陕西延安2种果园绿肥种植模式中的昆虫进行调查,并量化分析各昆虫功能团多样性及分布特征。【结果】共捕获4 428只昆虫,隶属于7目39科43种,其中绿肥油菜（YC）种植模式捕获26种1 046只昆虫,优势种为豌豆潜叶蝇Chromatomyia horticola。绿肥毛叶苕子（MS）种植模式捕获36种3 382只昆虫,优势种为瘿蚊Diarthronomyia chrysanthemi。油菜种植模式各功能团昆虫群落Shannon-Wiener多样性（F=24.68,P<0.000 1）及Sa/Si稳定性指数（F=16.24,P<0.000 1）均显著高于毛叶苕子种植模式。典范对应分析（CCA）表明毛叶苕子种植模式下捕食性天敌昆虫与植食性害虫物种数和个体数均高于油菜种植模式。【结论】油菜种植模式下昆虫群落稳定性更强;天敌昆虫与植食性害虫物种数相互制约,个体数存在相似消长规律。本研究明确了不同绿肥配置模式下果园昆虫分布特征及功能团多样性,为果园绿肥推广及有害生物绿色防控提供依据。     

番茄潜叶蛾卵黄原蛋白受体基因TaVgR在生殖发育调控中的作用

【目的】本研究旨在明确卵黄原蛋白受体(vitellogenin receptor, VgR)在番茄潜叶蛾Tutaabsoluta生殖发育过程中的功能,为潜叶类害虫的绿色防控提供候选靶标。【方法】基于番茄潜叶蛾转录组数据,采用RT-PCR扩增TaVgR基因cDNA全序列,并进行生物信息分析;通过RT-qPCR分析TaVgR在番茄潜叶蛾不同发育阶段(1-4龄幼虫、1-7日龄雌蛹和雌成虫)和雌成虫不同组织(头、体壁、前肠、中肠、后肠、卵巢、脂肪体和马氏管)中的表达模式;进一步利用RNAi抑制番茄潜叶蛾雌蛹体内TaVgR的表达,并观测沉默TaVgR基因后番茄潜叶蛾卵巢发育及繁殖力的变化。【结果】克隆获得番茄潜叶蛾TaVgRcDNA(GenBank登录号: MZ682118)序列,其开放阅读框序列长5 496 bp,编码1 831个氨基酸,推测的蛋白分子量约为206 kD,等电点为5.17,信号肽包含N-端前18个氨基酸残基,并具有典型LDLR家族蛋白保守功能域。RT-qPCR结果显示,TaVgR转录水平随着番茄潜叶蛾龄期的增加逐渐上升,雌成虫羽化后达到最高水平;TaVgR在番茄潜叶蛾雌成虫的卵巢中表达量最高。TaVgR RNAi对初期雌蛹中TaVgR的表达抑制率为62.04%~72.55%,导致卵黄蛋白在卵巢中的沉积受阻,卵巢管和卵粒长度缩短,成虫10日单雌总产卵量及后代卵孵化率降低,最终引起番茄潜叶蛾繁殖力下降。【结论】TaVgR基因在番茄潜叶蛾雌成虫和卵巢中高表达,且沉默该基因严重阻碍其卵巢发育和降低繁殖力。本研究为开发以VgR基因作为靶标的鳞翅目害虫防治新技术奠定了理论基础。     

拟南芥HyPRP蛋白AZI1在大肠杆菌中的表达及其抗真菌活性分析

AZI1(AZELAIC ACID INDUCED 1)基因位于拟南芥4号染色体上,编码产物是脂质转移蛋白(lipid transfer protein, LTP)家族的一个成员。该基因在系统获得抗性(systemic acquired resistance, SAR)中具有重要功能,名称来自它可以被壬二酸(azelaic acid, AzA)诱导。已有的研究结果显示,在拟南芥中由AzA和甘油-3-磷酸(glycerol-3-phosphate, G3P)诱导的SAR反应需要AZI1和DIR1,这两个脂质转移蛋白有助于G3P的积累。为了确定AZI1蛋白是否具有抗真菌活性,本工作构建了原核表达载体pET28a-AZI1,利用大肠杆菌BL21(DE3)受体细胞制备了没有信号肽的AZI1重组蛋白。Western免疫印迹分析发现通过半乳糖苷类似物IPTG诱导表达的AZI1重组蛋白主要以包涵体的形式存在。体外抑菌实验以及激光共聚焦显微观察结果表明,用镍离子亲和层析树脂纯化的AZI1重组蛋白对灰霉菌、赤霉菌、棉花枯萎病菌和酿酒酵母细胞的生长/分裂均具有抑制作用。     

三唑锡亚致死浓度对土耳其斯坦叶螨运动速率的影响

【目的】通过研究三唑锡亚致死浓度LC10、LC20及致死中浓度LC50对土耳其斯坦叶螨Tetranychus turkestani运动速率的影响,为杀螨剂对土耳其斯坦叶螨在行为学方面影响提供科学依据,并将此作为评价药剂的作用机理的理论依据。【方法】采用叶片浸渍法,明确致死中浓度和亚致死浓度,使用LC-100昆虫行为记录仪对土耳其斯坦叶螨在受到三唑锡亚致死浓度LC10、LC20和LC50刺激下其运动速率进行记录,观察其运动速率在三唑锡不同浓度、不同天数、不同时间段的变化规律。【结果】在三唑锡不同亚致死浓度作用下,第1天到第3天的10:00―12:00,其运动速率比对照低,从第3天10:00―12:00期间到第5天20:00―22:00期间,其运动速率与对照没有显著性差异。在相同亚致死浓度作用下,第1天10:00―12:00期间,土耳其斯坦叶螨的运动速率显著高于15:00―17:00期间和20:00―22:00期间,而在第3天和第5天的3个时间段,对土耳其斯坦叶螨的运动速率没有显著影响。当作用的时段不同时,LC10第1天10:00―12:00显著高于第3天和第5天,而LC20、LC50在10:00―12:00没有显著性差异。三种浓度的第1天15:00―17:00显著低于第3天和第5天。第3及第5天20:00―22:00没有显著性差异。【结论】总体来看,3唑锡亚不同致死浓度对土耳其斯坦叶螨的运动速率影响受浓度、时间影响,浓度越高土耳其斯坦叶螨运动速率越慢;随着时间延长,农药亚致死浓度对土耳其斯坦叶螨的运动速率基本没有影响。     

昆虫血清素受体蛋白的生物信息学分析

【目的】昆虫血清素(5-羟色胺)受体已知有5个亚型。本文旨在系统分析昆虫5-羟色胺受体亚型蛋白的结构和进化关系。【方法】首先对文献报道已明确亚型7种昆虫的5-羟色胺受体(23个亚型序列)进行生物信息学分析,然后采用多序列比对和进化树构建的方法对NCBI数据库中推测可能为昆虫5-羟色胺受体蛋白序列进行分析。【结果】发现47个推测是昆虫5-羟色胺受体的蛋白序列中,有40个蛋白序列属于昆虫5-羟色胺受体,其余7个未能确认的昆虫5-羟色胺受体的蛋白序列都具有7个跨膜区域,属于G蛋白偶联受体家族,但不一定为5-羟色胺受体。【结论】本文对昆虫5-羟色胺受体蛋白的系统进化树分析,间接地证明了本文确认的昆虫5-羟色胺受体亚型注释信息的准确性,发现分类上同属一个目的昆虫5-HT受体序列的亲缘性较近。本研究为昆虫5-羟色胺受体的结构和功能分析提供基础。     

绿僵菌素对四种昆虫细胞的毒性

【目的】绿僵菌素(Destruxins)是绿僵菌产生的具有杀虫活性的次生代谢产物,本研究以家蚕Bombyx mori Bm12细胞、亚洲玉米螟Ostrinia furnacalis血细胞(Ofh)、果蝇S2细胞和草地贪夜蛾Sf9细胞为对象,探索绿僵菌素对不同昆虫细胞的毒性差异。【方法】采用MTT法和显微观察法比较绿僵菌素A、B(DA、DB)以及两者等量混合物(DABM)对上述4种昆虫细胞的影响,比较其IC50值和形态学变化。【结果】绿僵菌素处理24 h后,在较低处理剂量(<25μg/m L)下,Ofh细胞比Bm12、S2、Sf9细胞对DA、DB和DABM更为敏感,DA、DB和DABM对Ofh细胞IC50值分别219.19、112.29和34.86μg/m L,而对Bm12、S2、Sf9细胞的IC50值均大于250μg/m L;DA和DB对Ofh细胞具有协同增效作用,对Sf9细胞具拮抗作用,对Bm12和S2细胞具相加作用。显微观察发现,绿僵菌素处理后,6.25μg/m L的低剂量下,即可发现细胞的形态变化,剂量越高,变化越显著。Bm12细胞出现瘤状突起、细胞破碎、聚集、扩展及胞内空泡等现象,且细胞数量减少;Ofh细胞扩展,似乎回归到浆血细胞及类绛色细胞的形态,发生凝集现象,少数出现瘤状突起和细胞破碎;S2细胞出现明显的胞内空泡,少数发生扩展、破碎和聚集现象;Sf9细胞细胞膜收缩、细胞空泡、破碎,细胞数量减少等变化。【结论】玉米螟的血细胞Ofh对绿僵菌素最为敏感,而来自非寄主昆虫果蝇的S2细胞最不敏感。绿僵菌素对4种细胞的致死剂量较高,但引起细胞形态改变的剂量却非常低。