褐飞虱clip丝氨酸蛋白酶基因NlCSP4的克隆及功能分析

Clip丝氨酸蛋白酶（clip-domain serine protease,CSP）是广泛存在于昆虫体内的一类结构保守、功能多样的蛋白质水解酶类,在昆虫生长、发育和免疫等诸多生理过程中发挥重要功能。本研究克隆并鉴定获得一个褐飞虱CSP编码基因NlCSP4（GenBank登录号：OK018340）,其cDNA序列全长1911 bp,编码636个氨基酸,预测蛋白质分子量为69.29 kD,等电点为9.02。NlCSP4蛋白N端包含一段由25个氨基酸残基组成的信号肽和一段由44个氨基酸残基组成的clip结构域,C端具有CSP蛋白家族典型的Tryp_SPc结构域,且其中包含特异性保守的His-Asp-Ser催化中心三元件。系统发育分析表明NlCSP4与其他同属半翅目昆虫的CSP在NJ进化树上聚为一支,而与鳞翅目昆虫CSP亲缘关系较远。qRT-PCR分析显示,NlCSP4基因表达具有明显的时空特异性,其在雌成虫中的表达量最高,且高龄若虫期（4龄和5龄）表达量显著高于卵期和1～3龄若虫期;NlCSP4基因在褐飞虱雌成虫脂肪体、肠道和卵巢中均有表达,且在脂肪体中表达量最高;金黄色葡萄球菌（革兰氏阳性细菌）和金龟子绿僵菌（丝状病原真菌）诱导72 h内NlCSP4表达量均显著上调,但大肠杆菌（革兰氏阴性细菌）短时间（36 h内）诱导效果不明显。显微注射NlCSP4基因dsRNA可显著抑制褐飞虱5龄若虫NlCSP4的表达水平。生物测定试验表明,NlCSP4干扰后褐飞虱5龄若虫存活率显著下降,且对金龟子绿僵菌侵染的抵御能力显著降低。本研究结果初步证实了褐飞虱NlCSP4在宿主生长发育和免疫防御过程中发挥重要调控作用,可作为开发RNAi介导的褐飞虱防控技术中的一个重要潜在靶标。     

褐飞虱自噬相关基因NlATG4的表达与功能

ATG4是一种半胱氨酸蛋白酶,负责ATG8蛋白羧基末端的切割,在自噬体形成过程中发挥重要作用。本研究克隆得到褐飞虱ATG4基因（NlATG4）的cDNA全长序列（GenBank登录号:MF062502.1）。RT-qPCR分析结果表明,NlATG4基因在褐飞虱的若虫和成虫时期均有表达,1～2龄若虫的表达量最高,在其他发育阶段的表达量稍低。RNAi结果显示,在dsRNA注射后的第4 d,靶标基因NlATG4的表达量显著下降（仅为dsGFP对照组的22%）,同时,NlATG4的RNA干扰导致虫体ATP含量显著降低,仅为1.0 μmol/(L·mg蛋白^-1),为对照组的25%;在注射后的第6 d,dsNlATG4处理组的褐飞虱存活率出现显著降低,其脂肪体组织变得松散,大型脂滴（直径≥5.0 μm）数量增多,类酵母共生菌周围泡状结构的界限基本消失;在注射后的第8 d,dsNlATG4处理的褐飞虱的存活率下降为36.7%,比dsGFP对照组的存活率下降53.3%。本研究表明靶向NlATG4基因的RNA干扰会破坏褐飞虱脂肪体的结构完整性和类酵母共生菌的微环境,影响脂类物质代谢和ATP含量,并导致褐飞虱存活率降低。因此,NlATG4基因在褐飞虱正常生长发育中发挥重要作用,在褐飞虱防治中具有一定的潜力。     

转cry30Fa1水稻对褐飞虱NlHRP基因表达模式的影响

转cry30Fa1水稻（KF30-14）会显著控制褐飞虱Nilaparvata lugens (Stål)种群数量增长,但其影响机制尚不清楚。本研究利用相关转录组数据分析筛选获得了一个表达量有显著差异的基因NlHRP,并克隆了该基因。序列分析表明,NlHRP编码了一个富组氨酸蛋白,无保守结构域。通过实时荧光定量PCR检测羽化24、72、96 h的褐飞虱雌虫的NlHRP表达量,结果显示该基因在KF30-14褐飞虱实验种群中的表达量均高于MH86实验种群,且在羽化72 h时,达到显著差异;对羽化后72 h褐飞虱雌虫的头、胸、卵巢、中肠、脂肪体的NlHRP表达量检测发现,NlHRP在褐飞虱的头、胸、中肠表达量较高,其中KF30-14褐飞虱实验种群雌虫的NlHRP在头部表达量显著升高。推测NlHRP可能与褐飞虱适应转cry30Fa1水稻的抗性有关,该研究结果为揭示转cry30Fa1水稻抗褐飞虱的分子机制提供相关基础。     

细胞黏附蛋白NlPER1影响褐飞虱的存活与繁殖

为明确褐飞虱Nilaparvata lugens(St?l)细胞黏附蛋白(peroxinectin 1,NlPER1)在调控褐飞虱生长、发育及繁殖中的作用及其机理,通过克隆NlPER1基因的cDNA全长,分析NlPER1在褐飞虱不同组织和龄期中的表达谱,同时利用RNA干扰技术探究其生物学功能。结果显示,NlPER1包含1个1 560 bp的开放阅读框(open reading frame,ORF),编码519个氨基酸;预测该基因编码的蛋白分子量为58.9 kD,等电点为5.61,无分泌信号肽和跨膜区,具有亚铁血红素结合位点和Ca~(2+)结合位点。该基因在褐飞虱头部组织中的相对表达量最高,并显著高于其它组织;在5龄若虫和初羽化成虫中的相对表达量显著高于其它龄期;其转录水平不受球孢白僵菌Beauveria bassiana侵染的影响。沉默NlPER1不影响褐飞虱若虫体内的H_2O_2含量,但会导致褐飞虱若虫存活率、雌成虫蜜露分泌量及产卵量显著下降,分别只有dsGFP对照组的52.94%、69.86%和69.00%。表明NlPER1在褐飞虱生长发育、存活与繁殖中发挥着重要作用,但这些作用与清除褐飞虱体内的H_2O_2无关。     

黏虫几丁质酶MsCHT7基因的克隆、表达及蜕皮激素的调控

几丁质酶是几丁质水解的关键酶,在昆虫生长发育中具有重要作用。本试验通过高通量转录组测序获得黏虫几丁质酶基因cDNA序列MsCHT7（GenBank登录号MG551526）。cDNA全长3360 bp,包含一个长度为2970 bp的开放阅读框,编码989个氨基酸,具有1个糖苷水解酶18家族高度保守序列,2个Glyco_18催化结构域和1个几丁质结合结构域ChtBD2。通过基因表达水平研究发现,黏虫MsCHT7基因在不同发育阶段和不同组织中均有表达,且具有差异性。预蛹期和表皮MsCHT7基因表达量最大,蛹期最后1 d和成虫表达量较高,且幼虫各龄期最后1 d表达量均高于第1 d表达量。20E（20-羟基蜕皮酮）处理幼虫后,不同时间点MsCHT7基因表达量存在显著差异,在1～24 h基因表达量随时间逐渐升高,24 h时最高,之后表达量迅速降低。4种不同浓度20E处理后,MsCHT7基因表达量存在一定差异,当浓度为10 μg/μL时,MsCHT7基因表达量最大。通过生物学观察发现,不同浓度20E处理后5龄幼虫蜕皮时间均提前。由于MsCHT7基因表达量受蜕皮激素调控,MsCHT7可能在黏虫蜕皮过程中发挥一定作用。     

滞育七星瓢虫酰基辅酶AΔ11去饱和酶基因的克隆及表达分析

去饱和酶（Fatty acid desaturase,FAD）是生物体不饱和脂肪酸合成中的关键酶,酰基辅酶AΔ11去饱和酶基因是其中重要的一种。本试验基于七星瓢虫Coccinella septempunctata L.转录组数据,利用RT-PCR和RACE技术从滞育七星瓢虫中克隆得到酰基辅酶AΔ11去饱和酶基因全长,并命名为CsFadΔ11（GenBank登录号：MF458996）,该基因全长1447 bp,开放阅读框（ORF）1095 bp,编码364个氨基酸,预测蛋白质分子量为42.99 kD,等电点（pI）为8.87,无信号肽。氨基酸序列分析结果表明,CsFadΔ11有3个组氨酸富集区和6个跨膜结构域,与膜翅目的内华达古白蚁Zootermopsis nevadensis同源性较高。利用实时荧光定量PCR技术研究其时间表达模式,发现CsFadΔ11基因在七星瓢虫初羽化、滞育诱导10 d、滞育诱导20 d、滞育初期、滞育后期、滞育解除期以及正常发育状态下均有所表达,且在滞育早期表达量最高,其次是在滞育解除个体中。其整体表达趋势与相应时期脂积累变化情况基本相符,推测CsFadΔ11基因参与七星瓢虫脂积累调控,并进一步影响七星瓢虫滞育。     

鞭毛素蛋白FliCxcv对水稻免疫反应的诱导功能鉴定

 为揭示来源于番茄细菌性斑点病菌(Xanthomonas campestris pv. vesicatoria, Xcv)菌株XV18鞭毛素(FliCxcv)作为一种病原相关分子模式(PAMP)诱导水稻免疫反应的功能,本研究对FliCxcv编码基因flicxcv进行了基因克隆、序列分析、原核表达、蛋白纯化和诱导活性测定。结果表明,通过PCR特异性扩增,从Xcv菌株XV18中克隆了1 200 bp的fliCxcv基因片段,其序列与GenBank中己测序菌株的完全一致。在大肠杆菌中对该基因全长、N端和C端截短序列进行了原核表达,并获得了纯化的FliCxcv全长及其截短蛋白。将纯化蛋白浸润接种到水稻品种日本晴叶片组织,发现FliCxcv全长及其截短蛋白均能诱导水稻叶片细胞死亡、H₂O₂产生以及防卫基因(OsPAL和OsPR1b)表达等免疫反应,但诱导活性存在差异。因此,本研究验证了FliCxcv具有激发水稻细胞免疫反应的PAMP功能,为水稻免疫诱导制剂的研发提供了材料。     

心叶烟NPR1基因全长cDNA序列的克隆及表达分析

 NPR1(non-expressor of pathogenesis-related gene 1)基因在拟南芥系统获得抗性中起着关键作用,可调控拟南芥植株广谱抗性的发生。本文报道了从心叶烟中克隆NPR1同源基因(NgNPR1)及其表达特性的研究结果。NgNPR1 cDNA全长2253 bp,编码588个氨基酸。将NgNPR1基因组全长与cDNA序列进行比对发现,NgNPR1基因组DNA含有4个外显子和3个内含子。Southern杂交分析表明,在心叶烟基因组中NgNPR1为单拷贝基因。采用绿色荧光蛋白在洋葱表皮瞬时表达的试验,证明了NgNPR1蛋白在水杨酸诱导时会从细胞质转运到细胞核中。Northern杂交分析发现,NgNPR1基因可以被与植物抗病相关的信号分子如水杨酸、茉莉酸甲酯、过氧化氢和乙烯所诱导。进一步研究发现,植物病原物如赤星病菌、青枯病菌和烟草花叶病毒对心叶烟植株的侵染也会使NgNPR1表达量增加。这些结果表明,NgNPR1基因在心叶烟植株抵御病原物侵染过程中可能起着重要作用。     

烟粉虱内共生菌传毒相关groEL基因的克隆及其原核表达

 烟粉虱内共生菌groEL基因编码一种63kD的GroEL蛋白,利用一对特异性引物,通过PCR对长期培养在黄瓜上的烟粉虱体内groEL基因进行了扩增,序列测定表明其长度为1668bp,编码555个氨基酸,与GenBank中烟粉虱内共生菌groEL(AF130421)的核苷酸同源性为99.58%,仅7个核苷酸发生了变异,二者氨基酸序列同源性为99.28%,仅4个氨基酸有别。构建了一个原核表达载体,表达得到了76kD的融合蛋白     

西花蓟马FoccOBP3的分子克隆、序列分析及表达特征

鉴定昆虫嗅觉相关蛋白基因并对其序列和时空表达进行研究,可为阐明昆虫与寄主间的化学通讯机制提供依据。本文新克隆并鉴定获得一个西花蓟马OBP基因FoccOBP3（GenBank登录号：MT682352）,cDNA序列全长1226 bp,读码框全长432 bp,编码143个氨基酸残基。氨基酸序列中六个保守的半胱氨酸位点排列方式为C₁—X₂₆—C₂—X₃—C₃—X₃₇—C₄—X₁₀—C₅—X₈—C₆,完全符合典型气味结合蛋白所具有的六个保守的半胱氨酸位点结构模型。氨基酸序列中有5个亲脂性区域,其中第62～75位的氨基酸残基形成明显的亲脂性口袋。预测该蛋白分子量为15.50 kD,等电点为5.24,N—末端包含21个氨基酸组成的信号肽序列。FoccOBP3与横缝茧蜂Diachasma alloeum的DallGOBP（GenBank登录号为XP_015125081.1）、赤拟谷盗Tribolium castaneum 的TcasPBP（GenBank登录号为XP_015835846.1）和TcasOBP07（GenBank登录号为EFA04593.1）的氨基酸序列一致性较高。FoccOBP3与埋葬甲虫Nicrophorus vespilloides的NvesGOBP（GenBank登录号为XP_017781594.1）聚在最小的一个分支,表明与该基因亲缘关系最近。FoccOBP3蛋白含有组成α—螺旋的氨基酸残基127个,形成β—折叠的氨基酸残基58个,形成β—转角的氨基酸残基15个。FoccOBP3蛋白骨架是由 6 个α—螺旋和连接这些螺旋的回折构成,其中5个α—螺旋形成一个结合口袋。FoccOBP3在西花蓟马1龄若虫中高表达,其次是羽化5 d的雌虫,其余发育阶段的表达量均较低;且在雌、雄性成虫中的表达量亦有差异,除了羽化10 d的,羽化1、5、15 d雌虫的表达量均比同发育阶段雄虫的高。该基因在西花蓟马成虫触角中高表达,其次是头部,在腹、足中的表达较低,在胸部微表达。本研究克隆获得西花蓟马气味结合蛋白基因FoccOBP3,明确了其核苷酸、氨基酸序列特征,预测了该蛋白的二级、三维结构,测定了FoccOBP3在西花蓟马中的时空表达,推测该基因可能在西花蓟马气味识别、寄主定位等方面发挥重要作用。     

黏虫保幼激素环氧水解酶基因MsJHEH2的克隆与生物学功能

保幼激素环氧水解酶（juvenile hormone epoxide hydrolase,JHEH）是调控保幼激素（juvenile hormone,JH）滴度的重要降解酶。本文在黏虫体内克隆得到一条具有EHN环氧水解酶超家族结构域的保幼激素环氧水解酶MsJHEH2基因cDNA序列（GenBank登录号：MT802192）,长度1533 bp,开放阅读框（ORF）为1389 bp,编码462个氨基酸,推测分子量和等电点分别为52.42 kDa和7.07。表达模式分析发现,MsJHEH2在黏虫各个龄期与组织中均有表达,其中在蛹期和中肠中表达量最高。RNA干扰处理4龄幼虫6 h后的基因沉默效率最高,为64.86%,此时黏虫体内JH滴度上升为对照的1.58倍。该基因沉默后对黏虫无明显致死作用,但导致其蛹历期延长、羽化率降低。本研究表明MsJHEH2可以通过调节JH含量进而影响黏虫生长发育进程。     

粘虫过氧化物酶MsPOD基因的克隆及不同温度胁迫的诱导效应

过氧化物酶（POD）是昆虫体内一种很关键的抗氧化酶，在维持昆虫体内氧化还原的动态平衡及保护昆虫免受氧化损伤方面起到重要的作用。本试验通过转录组测序方法获得一条粘虫过氧化物酶基因的cDNA序列，该序列命名为MsPOD（GenBank登录号：MH606240）。该序列全长2433 bp，开放阅读框长度为2061 bp，编码686个氨基酸组成的多肽，分子量约76.1 ku，等电点5.68，具有1个标志性的动物亚铁血红素过氧化物酶细胞粘附蛋白结构域。氨基酸序列比对表明，MsPOD的氨基酸序列与鳞翅目夜蛾科其他昆虫亲缘关系较近，其中与棉铃虫POD氨基酸序列同源性最高，达92%。基因表达水平研究发现，MsPOD基因在不同发育阶段和不同组织中差异表达，在蛹期和唾腺中表达量最高。温度梯度诱导后，MsPOD基因在不同时间点的表达量具有显著差异，经35℃下12 h处理后表达量最高。研究结果为进一步研究过氧化物酶在昆虫体内的保护性作用以及利用该基因进行分子设计来防治粘虫奠定理论基础。     

小麦丙氨酸氨基转移酶基因TaAlaAT1的克隆及表达特征分析

 在已构建的受条锈菌(Puccinia striiformis f.sp.tritici)诱导的小麦非亲和抑制差减杂交(suppression subtractive hybridization,SSH)文库中,筛选到1个与水稻丙氨酸氨基转移酶基因高度相似的表达序列标签(expressed sequence tag,EST),利用电子克隆与RT-PCR相结合的方法,从小麦中获得1个1563bp的cDNA序列,命名为TaAlaAT1。序列分析表明,TaAlaAT1包含1个完整的开放阅读框,长1440bp,推测编码479个氨基酸。该氨基酸序列具有氨基转移酶的保守特征,与水稻、葡萄、大豆、拟南芥、苜蓿等多种植物的丙氨酸氨基转移酶高度相似,其中与水稻的亲缘关系最近。半定量RT-PCR与实时定量PCR结果显示,TaAlaAT1在小麦与条锈菌互作的非亲和组合中总体呈上调表达,在亲和组合中呈下调表达,且在2个组合中的表达差异显著。推测TaAlaAT1参与了小麦对条锈菌的防御反应。     

麦长管蚜电压门控钠离子通道基因克隆及序列分析

克隆获得麦长管蚜电压门控钠离子通道基因cDNA序列，明确其典型特征，为研究麦长管蚜抗性分子机理奠定基础。采用RT-PCR技术，克隆麦长管蚜钠离子通道基因cDNA序列，利用DNASTAR Lasergene 7.10软件对其序列进行分析。克隆得到两条cDNA序列SaNa_v1和SaNa_v2（GenBank登录号分别为MN176137和MN161584），SaNa_v1序列长3423 bp，共编码1141个氨基酸；SaNa_v2序列长2874 bp，共编码958个氨基酸。同源比对发现，SaNav1与禾谷缢管蚜和桃蚜的第一部分钠离子通道基因相似度分别高达97.81%和97.91%；SaNav2与禾谷缢管蚜和桃蚜的第二部分钠离子通道基因相似性高达97.90%和96.43%。所克隆序列包含4个同源结构域，每个结构域6个跨膜片段（S1～S6），存在钠通道选择性关键残基“DENS”。本文成功克隆了麦长管蚜中钠离子通道基因，为麦长管蚜钠离子通道抗性机制的研究提供依据。     

黄绿绿僵菌侵染对褐飞虱部分生理生化指标的影响

本研究测定了3个不同浓度（1.0×10⁷、1.0×10⁸和1.0×10⁹孢子/mL）黄绿绿僵菌孢悬液处理的褐飞虱Nilaparvata lugens Stål体内的羧酸酯酶（carboxylesterase,CarE）、谷胱甘肽-S-转移酶（glutathione-S-transferase,GST）、超氧化物歧化酶（superoxide dismutase,SOD）、过氧化氢酶（catalase,CAT）、过氧化物酶,酚氧化酶（phenoloxidase,PO）以及尿酸与6种必需氨基酸含量随侵染时间的变化。结果表明,3个浓度绿僵菌溶液处理的褐飞虱种群体内CarE与GST含量在处理72 h后均呈现显著下调趋势;而CAT与SOD含量随着处理时间延长,呈现上升趋势,其中SOD 3个浓度处理至72 h时分别达到430.87、377.64和376.16 U/mg显著高于对照的276.63 U/mg;酚氧化酶PO含量在24和48 h内均无显著变化,直至72 h,1.0×10⁹孢子/mL浓度处理褐飞虱种群体内PO含量上升至316.43 U/mg。结果显示,虽然低浓度处理褐飞虱种群体内产生大量尿酸的囤积,但同一处理褐飞虱种群体内的6种必需氨基酸含量未呈现显著降低趋势,当处理72 h后,1.0×10⁷孢子/mL处理褐飞虱种群体内赖氨酸（Lys）与苏氨酸（Thr）含量反而突然上升至204.68和112.38 μg/g。结果显示绿僵菌的侵染会对褐飞虱体内解毒酶、保护酶以及氨基酸含量等造成影响。     

烟粉虱MED隐种蜕皮激素受体基因cDNA克隆、转录与组织表达

蜕皮激素受体(ecdysone receptor,Ec R)是调控昆虫蜕皮、变态和生殖等过程中基因表达的重要调控因子。为研究Ec R在烟粉虱Bemisia tabaci生长发育中的作用,利用RT-PCR和RACE等技术扩增了烟粉虱MED隐种Ec R基因的c DNA全长序列,并利用实时荧光定量PCR技术检测其在烟粉虱不同发育时期相对表达量的变化。Bt Ec R c DNA序列全长2 844 bp,含有一个1 518 bp的开放阅读框,共编码505个氨基酸,预测蛋白分子量为56 k D,等电点为6.43,含有特殊结构功能域:DNA结合域(DBD_Ec R)和配体结合域(LBD_Ec R),该序列编码的蛋白质序列与其它已报道的昆虫Ec R蛋白序列具有很高的相似性,命名为Bt Ec R(Gen Bank登录号:KR534774)。Bt Ec R在MED隐种若虫、雌成虫各发育时期均有表达,若虫期在伪蛹前期达到最高值,成虫期呈现先升高后降低的趋势,且在羽化后第7天达到最高值,约为羽化第1天的23倍。研究结果为揭示Bt Ec R在烟粉虱整个生长发育过程中的作用提供了重要依据。