甜菜夜蛾化学感受蛋白SexiCSP2结合特性和机理研究

为阐明甜菜夜蛾Spodoptera exigua化学感受蛋白识别外源化合物的特性和作用机制,运用Western blotting法分析SexiCSP2蛋白在成虫各组织的表达谱,荧光竞争结合试验法测定SexiCSP2蛋白与25种外源配基的结合特性,运用分子对接、分子动力学、 结合自由能计算等方法研究SexiCSP2与配基的结合模式。结果显示SexiCSP2在成虫接触和非接触性器官中均有表达,与己醛结合能力最强,解离常数为1.3 μmol/L;分子模拟结果显示SexiCSP2与己醛结合形成1个氢键,两者结合自由能为-32.94 kJ/mol,主要驱动力为范德华力,主要抑制力为非极性溶剂化能。这些结果说明SexiCSP2在甜菜夜蛾识别外源化合物中起重要作用,可以作为防控甜菜夜蛾的有效靶标。     

华北大黑鳃金龟气味结合蛋白HoblOBP2的生物信息学分析

探讨应用生物信息学技术预测华北大黑鳃金龟触角气味结合蛋白HoblOBP2三维结构及其与苯甲酸己酯的结合模式.利用生物信息学相关工具和网站预测HoblOBP2的基本性质,并对其三维结构进行同源建模后发现HoblOBP2的三维结构具有与昆虫普通气味结合蛋白结构的共同特点,即6个α螺旋,其中除了α2在外的5个α螺旋形成疏水结合口袋,3对二硫键起着稳定蛋白结构的作用.将苯甲酸己酯分子对接到HoblOBP2的活性区域,预测蛋白质与气味分子的结合模式,经分析可知蛋白质与气味分子主要通过范德华力和疏水作用相互影响,蛋白内部形成分子内氢键,根据蛋白与气味分子间的结合特性推测HoblOBP2与气味分子结合的三个关键结合位点分别为:LEU73,THR54和VAL137.     

分子对接阐明草甘膦与水稻醛酮还原酶(OsALR2)的作用及OsALR2的表达纯化

草甘膦是一种广谱高效的有机磷类除草剂, 因其对水稻等禾本科作物缺乏选择性, 导致其在水稻田中的应用受到限制。杂草中醛酮还原酶(aldo-keto reductase, AKR)具有降解小分子农药草甘膦的功能, 但是水稻响应草甘膦的作用机制未知。本文通过生物信息学分析、分子对接研究草甘膦与其在水稻中的靶标AKR蛋白OsALR2的互作机制。采用TMHMM 2.0和DiANNA 1.1 web server 等在线软件对 OsALR2 蛋白的跨膜特性和二硫键含量等生物学特性进行了分析, 结果表明OsALR2分子量为 35 kD, 等电点为 5.89; OsALR2不是膜蛋白, 但是含有3组二硫键。使用AlphaFold 预测OsALR2 蛋白的三级结构, 并利用Auto Dock Vina将草甘膦与OsALR2进行分子对接, 结果显示, 最低结合能为 -13.4 kcal/mol, 草甘膦与OsALR2的结合主要通过氢键作用。通过Ramachandran图, ERRAT和Verify 3D证明对接获得的三维结构是合理的。进一步通过分子克隆技术构建重组表达载体 pET-32a-OsALR2 并进行原核表达, 结果显示OsALR2主要以包涵体的形式表达, 对包涵体进行变复性后, 蛋白表现出酶活性且蛋白结构有较好的均一性。本文的研究结果助于阐明草甘膦与水稻蛋白互作的分子机制, 为研发抗草甘膦水稻新品种和新型小分子农药提供理论指导。     

双条杉天牛OBP与其嗅觉相关化学物质的分子对接及分子动力学分析

为探究双条杉天牛Semanotus bifasciatus气味结合蛋白（odorant binding protein,OBP）与信息化合物的识别结合机理，筛选出与OBP结合效果最佳的化学配体，选择在双条杉天牛触角中高表达的OBP2、OBP6、OBP7序列，通过Swiss-model在线软件对其进行同源模建，使用ERRAT程序、Procheck和Verify＿3D进行建模质量评估；采用Autodock软件对OBP模型和相关化学物质进行分子对接分析，通过GROMACS 2019.6软件包进行目的OBP与结合效果最佳配体复合体的分子动力学模拟。结果显示，OBP2、OBP6和OBP7模型所得到的ERRAT值分别为97.03%、94.06%和97.39%，三维结构与一级结构的兼容性所得评分大于0.2的氨基酸百分比均大于80.00%，且拉氏构象图中氨基酸位于最佳合理区的数量均大于90.00%，说明所建模型合理；在11个化合物中，柏木醇与OBP2、OBP6和OBP7的结合性能最好，结合能分别为-7.04、-6.86和-6.62 kJ/mol，在结合过程中，疏水作用力和氢键作用力共同作用使蛋白与配体...     

黄野螟化学感受基因的鉴定与分析

昆虫的化学感受系统在昆虫的取食、交配等多种行为中发挥着重要作用。黄野螟Heortia vitessoides是一种寡食性害虫, 幼虫具有聚集性、暴食性等特点, 对土沉香Aquilaria sinensis危害严重。本研究使用高通量测序技术对黄野螟成虫触角和口器的转录组进行了测序, 共鉴定到124个化学感受基因, 包括50个气味受体(odorant receptor, OR)基因, 19个离子型受体(ionotropic receptor, IR)基因, 17个味觉受体(gustatory receptor, GR)基因, 19个气味结合蛋白(odorant binding protein, OBP)基因, 17个化学感受蛋白(chemosensory protein, CSP)基因和2个感觉神经元膜蛋白(sensory neuron membrane protein, SNMP)基因。通过系统进化和差异表达分析, 对黄野螟化学感受基因的分化, 以及不同性别、不同组织间的表达差异进行系统性的研究。以气味受体为例, HvitOR42、HvitOR43和HvitOR48聚在传统的性信息素受体(pheromone receptor, PR)分支, 其中HvitOR42和HvitOR43在雄性成虫触角中特异性高表达, 这3个气味受体可能参与识别黄野螟雌性成虫释放的性信息素。此外, HvitOR20在雌性成虫触角中特异性高表达, 可能与雌性成虫交配和产卵等行为相关。本研究为进一步探究黄野螟的化学感受机制提供了分子基础, 为开发以化学生态学为基础的黄野螟绿色害虫防控技术提供了理论依据。     

昆虫化学生态学研究进展及未来展望

昆虫化学生态学是化学生态学的重要组成部分,在理论和应用上都有重要意义,是植物保护的重要理论基础。国际昆虫化学生态学经历了4个发展阶段,随着分子生物学和生物技术的应用,化学生态学已经进入分子时代。我国昆虫化学生态学在昆虫化学感受机理、昆虫信息素的鉴定和利用、植物信息化学物质对昆虫行为的调控机理和利用、植物与昆虫互作化合物的开发利用等理论和应用研究方面取得了很大成就,但从系统性、深入性和延续性来说,与国际水平尚有一定差距。本文在综述国内外昆虫化学生态学进展的基础上,提出了我国昆虫化学生态学研究的几个发展方向及措施。     

化学生态学(第二版)生命科学专论 闫凤鸣 著

内容简介:本书是《化学生态学》的第二版,仍然保持第一版的结构,分为"原理篇"和"方法篇"两大部分。全书共22章, "原理篇"深入浅出地介绍化学生态学的原理、简史、现状和展望,包括信息化学物质、化学感受机理、昆虫信息素、植物和昆虫的相互作用、三级营养关系、植物化感作用、植物诱导抗性、化学生态学和生物技术、海洋环境中的化学通讯、高等动物和人的化学生态学等14章;"方法篇"包括8章,详细介绍化学生态学研究中常用的生物测定、化学物质的样品制备技术、化学分析、电生理学的方法技术,以及化学生态学工作者的综合素质培养等。书末附有代表性昆虫的信息素、植物次生物质主要类别的化学结构及名词索引等。适用于生物学、化学、农业科学和环境科学等专业师生和相关领域的专业人员。更多图书信息请您关注http:∥books.lifescience.com.cn/《科学出版社》提供 电话:010-64017301     

绿盲蝽气味结合蛋白AlucOBP33配体结合特性

本文研究了绿盲蝽气味结合蛋白AlucOBP33的配体结合特性，以期明确其在绿盲蝽化学感受过程中的生理功能。基于前期绿盲蝽触角转录组测序数据，筛选获得候选气味结合蛋白AlucOBP33。三维结构预测显示，AlucOBP33由6个α螺旋构成，包含3对保守的半胱氨酸，属于classic OBPs。室内对AlucOBP33基因进行了克隆和重组表达，采用荧光竞争结合试验研究了重组AlucOBP33蛋白与潜在的73种挥发性气味及13种味觉化合物的结合特性。结果显示，AlucOBP33重组蛋白能够分别与2种醇类、4种酮类、1种酯类、1种醛类和1种烯烃类的挥发性气味以及4种非挥发性化合物结合，推测AlucOBP33在绿盲蝽嗅觉感受和味觉识别过程中发挥双重功能。     

小地老虎化学感受蛋白AipsCSP2配体结合特性分析

为了明确小地老虎化学感受蛋白基因AipsCSP2在雌、雄成虫各组织中的表达情况,解析AipsCSP2蛋白的配体结合特性并探讨其功能。本文基于小地老虎性腺转录组数据,利用PCR技术克隆AipsCSP2基因,并进行生物信息学和系统进化分析;采用qPCR技术测定该基因在小地老虎雌、雄成虫不同组织中的表达水平; 利用原核表达技术体外表达并纯化AipsCSP2蛋白;最后采用荧光竞争性结合试验测定该蛋白与小地老虎和其他鳞翅目昆虫性信息素组分以及主要寄主植物挥发物的结合能力。结果显示AipsCSP2基因开放阅读框（open reading frame,ORF）长度为360 bp,编码119个氨基酸,氨基酸序列中具有4个保守半胱氨酸位点,是典型的化学感受蛋白;组织表达谱结果显示AipsCSP2基因在雌成虫性腺和雄成虫附腺中特异高表达,在其他组织中表达量较低;荧光竞争性结合试验结果表明,AipsCSP2蛋白和小地老虎性信息素组分顺-11-十六碳乙酸酯的合成前体顺-11-十六碳醛有着极其强的结合能力,Ki值为1.48 μmol/L,此外AipsCSP2蛋白和其他鳞翅目昆虫的醇类和醛类性信息素如十四烷醇、顺-9-十六碳醛、顺-7-十六碳醛也有着极其强的结合能力,Ki值分别为1.10 μmol/L、0.63 μmol/L和1.51 μmol/L,和小地老虎性信息素组分顺-7-十二碳乙酸酯、顺-8-十二碳乙酸酯的结合能力为中等,与小地老虎主要寄主植物挥发物结合能力较弱或不结合。推测AipsCSP2蛋白可能主要参与了小地老虎性信息素的合成与识别过程,并在生殖活动中起着重要的作用。     

信息化合物对昆虫行为的影响及其在生物防治中的应用

本文从植物挥发性信息化合物,昆虫信息化合物以及二者协同作用的复合体等层次上综述了这些信息化合物在植食性昆虫及其天敌昆虫生命周期中的作用功能,分析了这些信息化合物对天敌昆虫识别、搜索以及定位其寄主昆虫中的作用,为更好地研究昆虫三级营养关系,利用这些信息化合物防治害虫以及通过调控天敌进行生物防治提供理论基础。     

靶向蜕皮激素受体的新型4,5,6,7-四氢-2H-吲唑酰肼类衍生物的设计、合成及杀虫活性

为了发现结构新颖的昆虫生长调节剂,以蜕皮激素受体(EcR)为靶标,以课题组发现的高活性化合物C(N-(4-(叔丁基)苯基)-2-苯基-2,4,5,6,7,8-六氢环庚基[C]吡唑-3-甲酰胺)为先导化合物,利用活性亚结构拼接的方法,设计合成了25个未见文献报道的新型4,5,6,7-四氢-2H-吲唑酰肼类衍生物,其结构经...     

新型2-烷氧基取代苯甲酸香叶酯类蚜虫报警信息素类似物的设计、合成及生物活性

为了发现结构新颖的蚜虫行为控制剂,以课题组发现的高活性化合物 3e (2-羟基-3-甲氧基苯甲酸香叶酯)为先导,利用活性亚结构拼接的方法,设计合成了15个未见文献报道的新型2-烷氧基取代苯甲酸香叶酯类蚜虫报警信息素(E)-β-farnesene (EβF)衍生物,其结构经过核磁共振氢谱(1H NMR)、红外光谱(IR)和高分辨质谱(HRMS)的确证。蚜虫驱避活性测定结果表明,部分目标化合物在5 μg剂量下对豌豆蚜Acyrthosiphon pisum表现出不同程度的驱避活性,其中化合物 6i 活性最高,驱避率达到60.9%,与先导化合物 3e 的活性没有显著性差异。靶标蛋白结合实验证明,部分目标化合物与气味结合蛋白ApisOBP9具有较好的结合活性,尤其是化合物 6i 与ApisOBP9的结合常数达到(4.92±0.18) μmol/L。进一步的分子对接结果表明, 6i 与靶标ApisOBP9具有较好的结合作用力,能很好地结合到靶标蛋白的活性位点,其结合模式和先导化合物相似。本研究对后续化合物的结构优化具有重要参考价值。     

Selectivity of diacylhydrazine insecticides to the predatory bug Orius laevigatus: in vivo and modelling/docking experiments

BACKGROUND: Knowledge of pesticide selectivity to natural enemies is necessary for a successful implementation of biological and chemical control methods in integrated pest management (IPM) programmes. Diacylhydrazine (DAH)‐based ecdysone agonists, also known as moulting‐accelerating compounds (MACs), are considered to be a selective group of insecticides, and their compatibility with predatory Heteroptera, which are used as biological control agents, is known. However, their molecular mode of action has not been explored in beneficial insects such as Orius laevigatus (Fieber) (Hemiptera: Anthocoridae). RESULTS: In this project, in vivo toxicity assays demonstrated that the DAH‐based RH‐5849, tebufenozide and methoxyfenozide have no toxic effect against O. laevigatus. The ligand‐binding domain (LBD) of the ecdysone receptor (EcR) of O. laevigatus was sequenced, and a homology protein model was constructed that confirmed a cavity structure with 12 α‐helices, harbouring the natural insect moulting hormone 20‐hydroxyecdysone. However, docking studies showed that a steric clash occurred for the DAH‐based insecticides owing to a restricted extent of the ligand‐binding cavity of the EcR of O. laevigatus. CONCLUSIONS: The insect toxicity assays demonstrated that MACs are selective for O. laevigatus. The modelling/docking experiments are indications that these pesticides do not bind with the LBD‐EcR of O. laevigatus and support the supposition that they show no biological effects in the predatory bug. These data help in explaining the compatible use of MACs together with predatory bugs in IPM programmes. Copyright © 2012 Society of Chemical Industry     

昆虫信息素研究进展

信息素是昆虫信息交流和信号传递的“化学语言”,能调节和控制昆虫的行为和生理变化。从本质上来讲,昆虫信息素就是有机化合物,不同昆虫的信息素在结构和成分配比等方面存在差异。昆虫信息素种类众多,根据作用机制可分为释放信息素和启动信息素;根据发挥的功能可分为性信息素、聚集信息素、报警信息素和标记信息素等。它们通过接收者的化学感受系统被识别和接收,过程十分复杂。目前,昆虫信息素在害虫防治、生物监控和保护以及促进昆虫授粉等多个领域被广泛应用。为后续进一步研究和利用昆虫信息素,该文从昆虫信息素结构差异和演化过程、分类和功能、传播和感知方式以及在生产实践中的应用等方面进行总结和综述,并对昆虫信息素的研究进行展望。     

Applying molecular docking to pesticides

Pesticide creation is related to the development of sustainable agricultural and ecological safety, and molecular docking technology can effectively help in pesticide innovation. This paper introduces the basic theory behind molecular docking, pesticide databases, and docking software. It also summarizes the application of molecular docking in the pesticide field, including the virtual screening of lead compounds, detection of pesticides and their metabolites in the environment, reverse screening of pesticide targets, and the study of resistance mechanisms. Finally, problems with the use of molecular docking technology in pesticide creation are discussed, and prospects for the future use of molecular docking technology in new pesticide development are discussed. © 2023 Society of Chemical Industry.     

昆虫抗寒性的研究进展

由于季节的变化,生活在温带和寒带的昆虫在生活史中都要面临冬季低温的制约。为繁衍后代,昆虫在长期的进化过程中,形成了一系列的适应对策和抗寒机制。本文综述了昆虫的越冬虫态、生态适应性、抗寒的生理生化及分子机理,包括过冷却点、体内含水量、冰核物质、抗寒性物质变化等抗寒机制,特别是对近年来引起关注的抗冻蛋白和热激蛋白的基因、结构、功能等的研究进展进行了综述,最后探讨了昆虫抗寒性研究与预测预报及害虫综合防治的关系。     

Prediction of the binding mode of imidacloprid and related compounds to house-fly head acetylcholine receptors using three-dimensional QSAR analysis

The binding activity of imidacloprid and related compounds to nicotinic acetylcholine receptors (nAChR) of house flies was measured by use of radioactive α-bungarotoxin as a ligand. Variations in the activity were examined three-dimensionally using comparative molecular field analysis (CoMFA). The CoMFA results suggest that one conformer among the four stable ones is active and provide support for one of the proposed binding models for this class of compound, in which the nitrogen atom of the pyridine ring and the nitrogen atom at the 1-position of the imidazolidine ring interact with the hydrogen-donating and electron-rich sites of nAChR, respectively. The CoMFA field map showed that the nitroimino moiety and a portion of the imidazolidine ring were mainly surrounded by a sterically and electrostatically sensitive region of nAChR. © 1998 Society of Chemical Industry     

Three‐dimensional quantitative structure–activity relationship analysis of acyclic and cyclic chloronicotinyl insecticides

The binding activity of chloronicotinyl insecticides, including acetamiprid, nitenpyram and related compounds, to the nicotinic acetylcholine receptors (nAChR) of houseflies was measured. These compounds were defined as ‘acyclic’ compounds. Variations in the binding activity were analysed using comparative molecular field analysis (CoMFA) which is a technique for the analysis of three‐dimensional quantitative structure–activity relationships. The CoMFA results showed that steric interactions were more significant for the acyclic compounds than for imidacloprid and its derivatives (cyclic compounds). It was also shown that the acyclic compounds could bind to housefly‐nAChR in a similar manner to the cyclic compounds, and that the electrostatic natures of the acyclic amino‐ and cyclic imdazolidine‐moieties affected their binding activity. © 2000 Society of Chemical Industry     

Knockdown resistance to DDT and pyrethroids: from target-site mutations to molecular modelling

Naturally derived insecticides such as pyrethrum and man-made insecticides such as DDT and the synthetic pyrethroids act on the voltage-gated sodium channel proteins found in insect nerve-cell membranes. The correct functioning of these channels is essential for the normal transmission of nerve impulses, and this process is disrupted by binding of the insecticides, leading to paralysis and eventual death. Some insect pest populations have evolved modifications of the sodium channel protein that inhibit the binding of the insecticide and result in the insect developing resistance. This perspective outlines the current understanding of the molecular processes underlying target-site resistance to these insecticides (termed kdr and super-kdr), and how this knowledge may in future contribute to the design of novel insecticidal compounds.