亚洲玉米螟幼虫膜结合海藻糖酶基因RNAi效应

海藻糖是昆虫的血糖，为昆虫提供能量；海藻糖酶催化海藻糖分解为葡萄糖，是几丁质生物合成的原料。围食膜（peritrophic membranes，PMs）是昆虫消化道特有结构，对昆虫消化食物、保护肠道表皮细胞具有重要作用；几丁质是PMs的重要组分。海藻糖酶（trehalase，Tre）和几丁质合成酶（chitin synthase，CHS）是几丁质合成途径的第1个和最后1个酶。本研究通过饲喂亚洲玉米螟（Orstrinia furnacalis，Asian corn borer，ACB）膜结合海藻糖酶（OfMT）基因特异的干扰dsRNA，研究RNAi对ACB幼虫中肠CHSB（OfCHSB）基因表达及幼虫发育的影响。发现处理48 h后，OfMT基因和OfCHSB基因表达量分别下降了52%和53%，幼虫发育迟缓。通过对处理及对照ACB幼虫中肠石蜡切片进行苏木精-伊红染色（hematoxylin-ethanol，HE染色）和几丁质标记，发现血腔内脂肪体组织减小、中肠围食膜组织中几丁质含量减少。推测OfMT基因有可能成为ACB的生物防治的靶标基因。     

褐飞虱海藻糖酶基因在表皮几丁质代谢中的调控作用

【目的】昆虫海藻糖酶能够调控几丁质代谢并控制蜕皮过程。本研究通过TRE表达被抑制后,检测褐飞虱(Nilaparvata lugens)蜕皮状况、几丁质含量及几丁质合成酶(chitin synthase,CHS)和几丁质酶(chitinase,Cht)基因表达情况,探究不同的海藻糖酶(trehalase,TRE)在褐飞虱表皮中对几丁质代谢的调控作用。【方法】采用RNAi技术,以实验室饲养种群褐飞虱为材料,通过向其体内注射双链RNA(dsRNA)分别抑制单个海藻糖酶基因或同时抑制多个海藻糖酶基因,注射48 h后通过Trizol法提取褐飞虱总RNA,反转录试剂盒合成第一链DNA后采用实时荧光定量PCR(qRT-PCR)技术检测该基因的表达情况,确定RNAi效果。氢氧化钾法测定48 h褐飞虱整体几丁质含量变化并对蜕皮困难虫体进行拍照;最后采用qRT-PCR检测褐飞虱CHS和Cht在mRNA水平上的相对表达量变化,分析TRE在调控几丁质代谢中的作用。【结果】与注射dsGFP相比较,其余各注射组褐飞虱整体几丁质含量显著下降,其中dsTRE1混合注射组与Validamycin注射组呈极显著下降,同时褐飞虱出现蜕皮困难等现象。qRT-PCR检测结果显示单个TRE的dsRNA注射后该基因的表达被抑制,但是部分TRE的表达有互补性上升。其中TRE1-2和TRE2在各注射组处理下表达均下降,dsTRE1s对TRE2的表达也有抑制效果,整体上dsTRE1混合注射组和海藻糖酶抑制剂Validamycin抑制效果明显;dsTRE注射组抑制CHS表达效果不明显,Validamycin能够显著降低CHS1和CHS1a在表皮中的表达,且2种dsTRE1注射后CHS1表达在上升,dsTRE1-2注射后表皮中的CHS1a的表达上升;Cht1和Cht8在dsTRE各注射组及Validamycin处理中表达下降或显著下降,dsTRE1-1注射后Cht2和Cht5表达显著上升;dsTRE1-2注射后Cht1、Cht6和Cht8表达下降,Cht2和Cht4表达显著上升;dsTRE2处理组中Cht1、Cht8和Cht10表达下降而Cht9表达显著上升;dsTRE1s注射后,Cht1和Cht5表达显著下降,而Cht9表达显著上升;Validamycin注射组中10个几丁质酶基因表达都显著或者极显著下降。【结论】TRE能够通过调控褐飞虱几丁质代谢途径来控制几丁质的合成,结果可为开展和筛选有效的海藻糖酶抑制剂控制褐飞虱等害虫提供理论依据。     

家蚕对BmNPV抗病性与中肠消化酶活性的关系

对6个现行家蚕品种中肠消化酶活性与家蚕对BmNPV病毒抗性比较与分析,以期寻找现行家蚕品种消化酶的活性与抗性的关系,为辅助家蚕育种及品种推广奠定基础.以DNS法测定不同品种海藻糖酶活性,以Fo-lion-酚法测定不同品种蛋白酶活性.以及以铜皂法测定脂肪酶活性,同时对不同品种家蚕4龄起蚕经口添加BmN-PV病毒进行抗性调查分析.结果表明,蛋白酶、脂肪酶酶活顺序为664×663较低,667×668相对较高,其他品种处于中间层次,对应抗性测定结果的相关分析表明,活性越强抗性越强,呈显著正相关关系;而海藻糖酶的活性与抗性的关系没有较好的相关性.因此,家蚕中肠消化液的蛋白酶、脂肪酶可能与家蚕对BmNPV病毒抗性有关.     

小峰熊蜂可溶型海藻糖酶基因的克隆及表达分析

【目的】克隆小峰熊蜂(Bombus hypocrita)可溶型海藻糖酶基因(soluble trehalase,Tre-1)全长c DNA序列,预测该基因及其编码蛋白的理化性质,明确该基因在小峰熊蜂不同组织及不同发育时期的表达特性,为研究该基因在小峰熊蜂生长发育中的生物学功能奠定基础。【方法】根据地熊蜂(B.terrestris)和B.impatiens可溶型海藻糖酶基因Tre-1编码蛋白的保守区序列,利用Primer Premier 5.0设计简并引物扩增得到小峰熊蜂保守区片段;随后根据该片段设计基因特异性引物,用RACE方法获得5'端和3'端片段。在此基础上,根据RACE扩增所得片段和保守序列,预测开放阅读框(ORF)序列,分别在起始密码子近5'端和终止密码子的近3'端设计ORF区特异性引物扩增得到ORF,最后采用Bio Edit软件比对、拼接获得小峰熊蜂Tre-1 c DNA全长序列。运用Ex PASy、Signal P 4.1、Net OGlyc 1.0 sever、Clustal W和MEGA 5.0等软件对该基因进行生物信息学分析,并利用实时荧光定量PCR技术,采用2-ΔΔCt方法检测不同组织及不同发育时期可溶型海藻糖酶基因的相对表达量。【结果】克隆所得基因c DNA全长为3 129 bp,命名为BhTre-1(Gen Bank登录号:KJ025078),其中包含5'端441 bp非编码区和3'端945 bp非编码区,ORF为1 743 bp,共编码580个氨基酸。其编码的蛋白预测分子质量为67.16 k D,等电点为5.95;有1个信号肽结构(1—21位),1个甘氨酸富集区(GGGGEY),2个特色"标签序列"(PGGRFKEFYYWDSY和QWDFPNAWPP),6个Asn-Xaa-Ser/Thr(N-X-S/T)序列,无跨膜区。序列分析发现BhTre-1氨基酸序列与地熊蜂BtTre-1和B.impatiens BiTre-1的一致性很高,分别为99%和98%,与西方蜜蜂(Apis mellifera)和云南小蜜蜂(A.florea)的Tre-1一致性也达到78%;系统发育分析也表明BhTre-1与BtTre-1、BiTre-1的亲缘关系最近,与AmTre-1、AfTre-1之间的亲缘关系次之。基因定量分析结果显示BhTre-1在成虫被检测的各组织中均有表达,在中肠的表达量最高,其次是马氏管,其他各组织表达量较低。成年工蜂的BhTre-1表达量高于幼虫和蛹,工蜂出房后随着龄期的增加表达量呈现先升高后降低的规律,在第15天表达量最高。【结论】克隆得到了BhTre-1全长c DNA序列,其分子生物学特性与其他昆虫Tre-1相似,该基因在小峰熊蜂中肠表达量最高,此外,幼虫和蛹的表达量低于成年工蜂,工蜂出房后表达量呈现先升高后降低的趋势,为进一步研究该基因在小峰熊蜂体内的生物学功能奠定了基础。     

五种昆虫可溶性海藻糖酶活性比较

采用葡萄糖氧化酶法,比较测定了亚洲玉米螟[Ostrinia furnacalis(Guenée)]、黏虫[Mythimna separata (Walker)]、棉铃虫[Helicoverpa armigera(Hübner)]、小菜蛾[Plutella xylostella (Linnaeus)]和甜菜夜蛾[Spodoptera exigua (Hübner)]5种农业害虫的不同生活史阶段及5龄幼虫各组织中可溶性海藻糖酶活性的变化情况.活性测定结果表明:5种昆虫卵中海藻糖酶的活性最低,其次为蛹和初孵幼虫,取食阶段海藻糖酶的活性比较高,随着幼虫龄期的增加,海藻糖酶的活性也随着升高.亚洲玉米螟、黏虫、棉铃虫和甜菜夜蛾不同组织部位海藻糖酶的活性研究表明,亚洲玉米螟和棉铃虫中肠中海藻糖酶的活性最高,分别为316.17和39.35 mU/mg,而甜菜夜蛾体壁中海藻糖酶活性最高,达到139.99 mU/mg.黏虫脂肪体中海藻糖酶活性最高,为11.19 mU/mg.不同昆虫间海藻糖酶的活性差异较大,玉米螟和甜菜夜蛾各组织的海藻糖酶活性较高,而黏虫各组织部位海藻糖酶的活性很低.     

绿盲蝽膜结合型海藻糖酶ALTre-2基因表达、纯化及酶学特性

以绿盲蝽为材料,在前期获得绿盲蝽膜结合型海藻糖酶(ALTre-2)基因的基础上,构建了ALTre-2原核表达载体(pET28a-ALTre-2),经IPTG诱导表达、变性、复性和蛋白纯化后,获得具海藻糖酶活力的重组蛋白,最后在以海藻糖为底物及重组蛋白浓度为1.1 mg·mL-1的条件下,对纯化得到的重组ALTre-2蛋白进行活性检测,确定了其酶促反应的最佳pH和最适温度.试验结果表明:ALTre-2基因在大肠杆菌BL21(DE3)中能够高效表达一个约60 kD大小的蛋白,SDS-PAGE显示该蛋白以包涵体形式存在,经变性、复性及蛋白纯化获得了具海藻糖酶活力的重组蛋白;该重组ALTre-2蛋白在pH为7.0时活性最高,同时重组ALTre-2蛋白酶活性最适温度是50℃.研究结果为深入探讨绿盲蝽膜结合型海藻糖酶分子调控机制奠定基础.     

三种新型化合物对草地贪夜蛾海藻糖与几丁质代谢及生长发育的影响

[目的]几丁质是昆虫外骨骼和围食膜的主要成分,其合成始于海藻糖酶(trehalase,TRE),终于几丁质合成酶(chitin synthase,CHS),蜕皮与外表皮重塑过程则需要依靠几丁质酶(chitinase,CHT)完成.本研究通过注射3种新型化合物,检测草地贪夜蛾(Spodoptera frugiperda)...     

海藻糖代谢及其调控昆虫几丁质合成研究进展

海藻糖为一种非还原性糖,广泛存在于细菌、藻类、真菌、植物和无脊椎动物中。海藻糖被称为昆虫"血糖",源于该糖为昆虫血淋巴中的主要糖类物质,在昆虫生长、发育、蜕皮等正常生理活动中有着重要的作用。昆虫的海藻糖先由海藻糖合成酶(trehalose-6-phosphate synthase,TPS)生成海藻糖-6-磷酸,然后通过海藻糖磷酸脂酶(trehalose-6-phosphate phosphatase,TPP)最终合成海藻糖,在能量需求时通过海藻糖酶(trehalase,TRE)降解为葡萄糖,用于能量供给。几丁质为昆虫表皮、中肠围食膜和气管系统的主要组成成分,昆虫在发育过程中需要蜕掉旧表皮,形成新的表皮,该过程一直是害虫控制的重要靶标途径。海藻糖酶为昆虫几丁质合成途径的第一个酶,在几丁质合成通路中有着重要的功能。那么海藻糖代谢又是如何调控几丁质合成途径来控制昆虫的蜕皮及几丁质代谢的呢?随着国内外海藻糖代谢相关基因功能研究的深入开展,研究结果表明昆虫海藻糖供给在几丁质合成中具有重要的作用,海藻糖酶分为可溶性和膜结合型两类,可溶性TRE和TPS在不同昆虫种类中具有多个同源基因,表明昆虫海藻糖代谢进化途径多样化。其次,海藻糖代谢直接调控几丁质合成途径,不论是海藻糖合成酶还是海藻糖酶基因的低表达,均能控制海藻糖使其供给不平衡,从而导致几丁质合成途径受阻,特别是几丁质合成酶基因表达降低而造成几丁质含量下降,该调控作用可进一步引起昆虫蜕皮困难、翅发育畸形等,甚至大量死亡。再次,海藻糖酶抑制剂能够抑制可溶性和膜结合型两类海藻糖酶活性、引起几丁质合成通路相关基因及几丁质酶基因表达的显著下降,导致几丁质含量显著降低,产生高比例的昆虫个体死亡。这些结果充分表明,一旦昆虫海藻糖代谢的供给平衡被打破,会直接影响到昆虫的几丁质合成乃至昆虫的蜕皮与发育过程。本文综述前人在海藻糖代谢调控几丁质合成方面的最新研究成果,为将来开发和利用海藻糖酶抑制剂及海藻糖合成酶抑制剂等绿色农药防治害虫提供理论依据。