摘要: 【目的】昆虫感知外界营养状态,在体内营养信号通过许多信号通路进行传递,进而调控昆虫的生长和繁殖。本研究旨在为营养调控褐飞虱Nilaparvata lugens生长和繁殖的分子机制作出初步探索。【方法】在不同营养条件[100%浓度饲料(全纯人工饲料D-97,对照)、50%浓度人工饲料和25%浓度人工饲料]下饲喂褐飞虱3龄第2天若虫至成虫,统计体重、发育历期、存活率和每卵巢成熟卵量;利用荧光定量PCR检测羽化后第2天褐飞虱成虫不同组织(卵巢、脂肪体和其他组织)中IIS, TOR以及AMPK信号通路相关基因(InR1,InR2,AKT,FoxO,TOR,S6K,4EBP,AMPKα,AMPKβ和AMPKγ)的表达量;利用Western blot方法检测羽化后第6天褐飞虱成虫卵巢和其他组织中Akt, FoxO和AMPK蛋白磷酸化水平;同时检测羽化后第6天褐飞虱成虫不同组织中的ROS水平以及不同龄期褐飞虱体内保幼激素(juvenile hormone, JH)和蜕皮激素(20-hydroxyecdysone, 20E)滴度。【结果】与饲喂100%浓度人工饲料的对照相比,用低浓度人工饲料饲喂褐飞虱至成虫导致5龄第2天至成虫体重显著降低,从3龄第2天若虫至成虫发育历期缩短,死亡率提高,每卵巢成熟卵量显著降低。取食低浓度人工饲料后,羽化后第2天成虫IIS, TOR以及AMPK信号通路相关基因InR2,TOR,4EBP,AMPKα在卵巢、脂肪体和其他组织中,AKT,S6K和AMPKγ在脂肪体和其他组织中,以及InR1,FoxO和AMPKβ在其他组织中表达量较对照均显著下降,但卵巢中InR1,AKT,FoxO和AMPKγ的表达量相对稳定;羽化后第6天成虫卵巢和其他组织中AKT, FoxO以及AMPK的磷酸化水平显著增加。随着人工饲料饲喂浓度的降低,羽化后第6天褐飞虱成虫不同组织中的ROS水平显著增加。不同营养条件下褐飞虱4龄第2天若虫体内JH滴度无显著差异,低营养条件下5龄第2天若虫体内JH滴度较对照显著降低,而在羽化后第2天成虫体内JH滴度则较对照显著增加;低营养条件导致褐飞虱若虫以及成虫体内20E滴度均显著增加。【结论】褐飞虱在面临营养缺失的情况下,营养信号传导通路(IIS, TOR以及APMK通路)的关键基因表达均下降,而ROS水平显著上升,通过调节AKT, FoxO以及AMPK的磷酸化水平,进而影响JH以及20E的生物合成。

摘要: 褐飞虱体内存在大量的共生菌,这些共生菌不但具有种类多样性,同时在对寄主的功能上也存在多样性。目前利用分子生物学手段以及高通量测序技术鉴定得到的测序丰度大于0.1%的共生真菌和共生细菌种类分属19和53个不同的属。由于技术的局限性和共生菌难以离体培养的特性,仍有相当部分共生菌分类地位尚未明确。共生菌在褐飞虱的生长、发育、繁殖、营养代谢、抗性变异以及免疫功能等生命活动中起着至关重要的作用,种类丰富的共生菌发挥着不同的功能。共生真菌主要参与固醇类物质和必需氨基酸的合成,而共生细菌则主要参与维生素的合成。共生菌在褐飞虱致害性变异、抗药性发展以及对宿主的繁殖等方面也都产生了重要的影响,但是具体的分子机制尚未明确。本文针对褐飞虱体内共生菌多样性研究概况进行综述,并对今后的研究侧重点提出了建议,后续研究可以聚焦于:(1)共生菌种类的鉴定;(2)特定、单一种类共生菌的功能;(3)共生菌在褐飞虱体内各组织间的扩散途径、扩散种类和调控机制;(4)以共生菌为靶标进行褐飞虱的防治等。

摘要: 【目的】氨肽酶N(aminopeptidase N, APN)是昆虫消化系统中重要的蛋白酶。本研究旨在对在褐飞虱Nilaparvata lugens中肠中两个具有较高转录水平的apn基因(nlapn1和nlapn4)在中肠上皮细胞上的表达及其蛋白功能特性进行鉴定与分析。【方法】利用最大似然法进行褐飞虱NLAPN1和NLAPN4的系统进化分析;利用Western blot分析NLAPN1及NLAPN4在中肠刷状缘膜囊泡(brush border membrane vesicles, BBMVs)中的定位;利用LC-ESI-MS/MS技术对Western blot定位的NLAPN1及NLAPN4进行鉴定。在果蝇Drosophila S2细胞内分别表达两个NLAPN蛋白,并利用Western blot及免疫荧光定位技术对NLAPN1与NLAPN4进行S2细胞内的定位;分别以L-亮氨酸对硝基苯胺(leucine-p-NA)、L-丙氨酸4-硝基苯胺盐酸盐(Ala-p-NA)、L-甲硫氨酸对硝基苯胺盐酸盐(Met-p-NA)和L-赖氨酸对硝基苯胺二氢溴酸盐(Lys-p-NA)为底物测定NLAPN1和NLAPN4的酶活性。【结果】系统进化树分析结果显示,褐飞虱NLAPN1及NLAPN4与其他半翅目昆虫肠道中高表达的APN分在了同一分支中。Western blot及LC-ESI-MS/MS质谱分析结果证明NLAPN1与NLAPN4均存在于褐飞虱中肠刷状缘膜囊泡中,分子量约为160 kD。Western blot及免疫荧光定位结果显示,两个NLAPN蛋白均位于S2细胞膜上,而C端缺失糖基磷脂酰肌醇(glycosylphosphatidylinositol, GPI)锚定位点的NLAPN4lackG蛋白分布在细胞质中。酶活性测定结果显示,以L-丙氨酸4-硝基苯胺盐酸盐及L-赖氨酸对硝基苯胺二氢溴酸盐为底物时NLAPN1和NLAPN4都具有一定的酶活性,而以L-亮氨酸对硝基苯胺为底物时NLAPN1有极高的酶活性(>60 U/mg)。【结论】NLAPN1与NLAPN4是褐飞虱中肠上皮细胞膜上高表达的两个膜结合APN蛋白,且都通过C端的GPI锚定附着在细胞膜上。NLAPN1与NLAPN4与鳞翅目、鞘翅目、双翅目等昆虫中肠膜结合APN有着近似的蛋白结构与酶学特性。膜结合APN在褐飞虱中肠中的生理生化功能及其与外源病原物的互作机制还有待进一步深入研究。

摘要: 【目的】蜕皮激素(ecdysone)是调控昆虫生长发育和繁殖的重要激素,其合成主要由5个称为Halloween基因编码的细胞色素P450(spook/CYP307A1,Phantom/CYP306A1,disembodied/CYP302A1,shadow/CYP315A1和shade/CYP314A1)参与。褐飞虱Nilaparvata lugens系东南亚和东亚地区危害最为严重的水稻害虫之一,以蜕皮激素调控基因为靶标,应用RNAi技术防控褐飞虱正逐步成为研究热点。本研究旨在揭示褐飞虱体内Halloween基因的功能,为褐飞虱的防控和新农药的开发提供理论依据。【方法】本研究基于褐飞虱基因组和转录组数据,利用RT-PCR技术克隆了参与蜕皮激素合成的5个Halloween基因;利用生物信息学软件预测分析其编码蛋白的结构特性;利用MEGA5.0邻接法构建系统进化树;利用实时荧光定量PCR技术研究其时空表达特征;利用注射法RNAi技术分析Cyp314a1基因表达下调对褐飞虱生长发育和繁殖的影响。【结果】克隆获得褐飞虱的5个Halloween基因,即NlCyp307a1(Gen Bank登录号:KM217014.1),NlCyp306a1(Gen Bank登录号:KM217013.1),NlCyp302a1(Gen Bank登录号:KM216995.1),NlCyp315a1(Gen Bank登录号:KM216998.1)和NlCyp314a1(Gen Bank登录号:KU928172)。进化分析表明,这5个基因分属于CYP2和线粒体两大类群,并与各自的同源基因聚类在一起,说明Halloween基因和蜕皮激素合成途径在昆虫进化过程中十分保守。Nl CYP314A1具有5个P450的保守结构域和两个跨膜结构域,是典型的线粒体酶。qRT-PCR检测结果显示,5个Halloween基因的表达量在整个褐飞虱5龄若虫期内呈现波动状,且均在5龄若虫蜕皮后的24 h和60 h出现表达量峰值。NlCyp314a1在褐飞虱发育各个龄期均表达,且在成虫中表达量最高;NlCyp314a1在胸部表达量较头部和腹部高,其在脂肪体中的表达量最高,其次是在足、表皮、翅芽中,中肠中表达量最低。利用注射法RNAi对NlCyp314a1基因进行沉默后,NlCyp314a1的表达量在注射后第4天较对照极显著降低84.6%(P<0.01),同时蜕皮激素通路下游的响应关键基因Nl FTZ-F1的表达量较对照极显著降低64.1%(P<0.01)。表型观察发现,NlCyp314a1表达量的下调导致了褐飞虱蜕皮困难,出现畸形虫体,第7天死亡率大于95%,且NlCyp314a1表达量的下调导致了褐飞虱卵巢发育畸形。【结论】褐飞虱蜕皮激素合成相关的Halloween基因在进化上非常保守,Halloween基因功能的研究揭示了褐飞虱体内Halloween基因对于褐飞虱蜕皮和繁殖的重要性。其表达水平的降低导致了褐飞虱生长发育和繁殖受阻,提示褐飞虱Halloween基因可用于褐飞虱蜕皮和繁殖进程的调控,同样也为Halloween基因在褐飞虱防治方面的潜在应用提供了依据。

摘要: 【目的】通过鉴定褐飞虱Nilaparvata lugens(St?l)水状唾液中的细菌蛋白,了解其唾液中的细菌种类。【方法】利用双层膜夹蔗糖溶液的方法对褐飞虱成虫唾液进行收集,超滤浓缩后进行电泳,然后利用液相色谱-电喷雾串联质谱(LC-ESI-MS/MS)方法鉴定蛋白,与Uniprot的细菌蛋白数据库进行比对从而鉴定褐飞虱成虫唾液中的细菌蛋白。【结果】在褐飞虱成虫唾液中鉴定到22种细菌的35种蛋白,这些蛋白主要参与能量代谢过程、蛋白的折叠和合成以及氨基酸代谢过程。这些细菌分布在变形菌门(Proteobacteria)、放线菌门(Actinobacteria)和厚壁菌门(Firmicutes)3个门。蛋白种类较多来源于变形菌门。【结论】鉴定到蛋白的这些细菌可能在褐飞虱的生活史中扮演重要角色。