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。     

海藻糖的应用及基因工程研究

简述了海藻糖的功效、生物制备、基因工程及其在医药和抗逆植物基因工程等领域中最新研究进展。并对昆虫体内海藻糖酶基因的研究进展及其前景加以展望。     

昆虫中海藻糖代谢的研究进展

海藻糖是由2个葡萄糖分子组成的非还原性双糖,存在于大量生物如细菌、真菌、植物和昆虫等中。作为昆虫血液中的主要成分,海藻糖是由脂肪体中的海藻糖合成酶和海藻糖磷酸化酶合成的。海藻糖必须被海藻糖分解酶分解成葡萄糖才能用于糖酵解,以提供昆虫能量的需求。脂肪体的海藻糖合成是受激素调控的,而血液中海藻糖的主要来源是脂肪体中的糖原。昆虫的海藻糖分解酶已经得到了很好的研究,但是它的活性控制机制还不清楚。     

介孔分子筛固定化海藻糖合酶的研究

[目的]对介孔分子筛固定化海藻糖合酶进行研究。[方法]以基因工程菌所产海藻糖合成酶为材料,利用介孔分子筛MCM-41作为载体固定化海藻糖合成酶,并对固定化条件和固定化前后的海藻糖合酶性质进行比较研究。[结果]海藻糖合成酶可通过物理吸附法固定于介孔分子筛MCM-41孔道中,在pH为3,给酶量为62.5 mg/g的条件下,固定12 h时可得到最佳固定化效果;与游离海藻糖合酶相比,固定化后的海藻糖合酶pH稳定性和热稳定性明显改善,并具可重复操作性,有利于酶的使用和储放。[结论]该研究为开发新的固定化海藻糖合成酶提供了理论依据。     

白背飞虱海藻糖酶Treh-2基因克隆及生物信息学分析

利用同源克隆及RACE方法,从白背飞虱Sogatella furcifera中克隆获得海藻糖酶基因(Treh-2)全长cDNA序列(GenBank登录号:JX204291),该基因全长为2 065 bp,包含73 bp 3,UTR和150 bp5,UTR,开放阅读框(ORF)为1 842 bp,编码613个氨基酸。该基因预测蛋白分子质量为70.45 ku,等电点为5.65,有5个预测糖基化位点,有1个信号肽结构。进化分析结果显示,白背飞虱海藻糖酶Treh-2与其他昆虫海藻糖酶Treh-2同源性较高,与灰飞虱相比,同源性为95%,与褐飞虱相比较,同源性为93%。海藻糖酶Treh-2基因克隆和比较分析为进一步深入研究白背飞虱迁飞能力与能量代谢具有重要意义。     

白背飞虱海藻糖酶Treh-2基因克隆及生物信息学分析

利用同源克隆及RACE方法,从白背飞虱Sogatella furcifera中克隆获得海藻糖酶基因(Treh-2)全长cDNA序列(GenBank登录号:JX204291),该基因全长为2 065 bp,包含73 bp 3,UTR和150 bp5,UTR,开放阅读框(ORF)为1 842 bp,编码613个氨基酸.该基因预测蛋白分子质量为70.45 ku,等电点为5.65,有5个预测糖基化位点,有1个信号肽结构.进化分析结果显示,白背飞虱海藻糖酶Treh-2与其他昆虫海藻糖酶Treh-2同源性较高,与灰飞虱相比,同源性为95％,与褐飞虱相比较,同源性为93％.海藻糖酶Treh-2基因克隆和比较分析为进一步深入研究白背飞虱迁飞能力与能量代谢具有重要意义.     

海藻糖及真菌海藻糖酶的研究现状与展望

海藻糖是一种非还原性二糖,广泛存在于各种生物体内的抗逆境剂,具有增强生物体对高温、脱水、干旱、冷冻、高渗透性、重金属及有毒试剂等逆境的抵抗能力.海藻糖酶是海藻糖水解酶,它将海藻糖水解成2分子葡萄糖.对海藻糖的生物学特性、功能、作用机制以及海藻糖对生物分子的保护作用和海藻糖在食品工业及农作物育种上的应用进行了概述,介绍了真菌中的海藻糖酶的研究现状.     

海藻糖的酶转化法生产技术

评述了海藻糖-6-磷酸合成酶和海藻糖-6-磷酸酯酶、海藻糖磷酸化酶、海藻糖合成酶和蔗糖磷酸化酶、麦芽寡糖基海藻糖合成酶和麦芽寡糖基海藻糖水解酶、糖基转移酶和淀粉酶转化法、海藻糖合酶等酶转化法生产海藻糖的技术路线和特点,并展望了海藻糖合成酶转化法生产海藻糖的前景。     

海藻糖合成途径及分子生物学研究进展

为了更好地指导海藻糖基因工程菌株的构建,进一步提高海藻糖的产量,综述了国内外近30年,尤其是最近10年海藻糖合成途径及分子生物学方面的研究,表明不同的生物中共存在5条海藻糖合成途径,虽然各途径中的酶与基因已基本分离到,工程菌株的构建也渐次展开,但大部分工程菌局限于用来研究途径中单一酶的理化性质,对海藻糖产量提高方面的研究还存在不足.随着现代生物技术尤其是DNA重组技术、宏基因组学与合成生物学的迅速发展,构建工程菌进行异源高效表达将成为今后海藻糖研究的一个热点.     

Do trehalose and trehalase function in renal glucose transport?

Maximum catalytic capacity for renal trehalase varied from 20 micromoles (of glucose produced per minute per gram of fresh tissue) for the armadillo down to zero for the rat, the cat, most turtles, fishes, and all birds and snakes investigated. Labeled trehalose could not be demonstrated in the kidney of the rabbit and the rat after injection with labeled glucose. These data do not support the hypothesis that trehalase and trehalose function in the transport of glucose through the kidney.     

寄生对越冬代菜粉蝶蛹血淋巴中蛋白质和糖类代谢的影响

越冬代菜粉蝶Pierisrapae蛹被蝶蛹金小蜂Pteromaluspuparum寄生后,其血淋巴中可溶性蛋白含量在寄生后0.5～2d逐日上升,此后则逐日下降.雌雄寄生蛹血淋巴中可溶性蛋白含量在寄生后1～4d显著高于同期未寄生蛹,寄生后5d则略低于同期未寄生蛹;寄生蛹血淋巴中总糖和海藻糖含量的变化趋势与可溶性蛋白相同,也是寄生后0.5～2d升高,寄生后3～5d降低.寄生后0.5～2d,雌雄寄生蛹血淋巴中总糖和海藻糖含量显著高于同期未寄生蛹,寄生后3～5d则恰好相反.寄生蛹血淋巴中还原糖含量在寄生后0.5～3d日渐升高,寄生后4d维持在较高水平,而寄生后5d则急剧下降.越冬代菜粉蝶蛹血淋巴中海藻糖酶无活力,而雌雄寄生蛹血淋巴中海藻糖酶的活力在寄生后0.5d开始显现,此后逐日升高,至寄生后5d已达43.24～44.27μg葡萄糖·mg-1蛋白·min-1.     

寄主转换对B型烟粉虱和温室粉虱海藻糖含量和海藻糖酶活性的影响

【目的】研究海藻糖及海藻糖酶在B型烟粉虱寄主谱扩张及与温室粉虱的竞争适应过程中的作用。【方法】以番茄饲养的B型烟粉虱与温室粉虱转移取食嗜好（棉花、甘蓝）或非嗜好（玉米）寄主植物后，其体内海藻糖含量及海藻糖酶活性的变化和响应。【结果】改变寄主会使B型烟粉虱和温室粉虱的海藻糖含量降低，其中棉花的作用最为明显，分别比对照减少了33％和25％；将植物种类转换为B型烟粉虱嗜好、温室粉虱亦可利用的寄主棉花或B型烟粉虱嗜好而温室粉虱非嗜好的寄主甘蓝，两种粉虱海藻糖含量的变化基本一致，而在两种粉虱非嗜好寄主玉米上B型烟粉虱（112.6％）较温室粉虱（60.8％）的恢复能力强、稳定性能好。尽管改变寄主对两种粉虱海藻糖酶比活力的作用不明显，但对海藻糖酶比活力变化趋势的影响却明显不同；转换不同种类的寄主B型烟粉虱海藻糖酶比活力的动态趋势基本一致，而温室粉虱却不尽相同；在非嗜好寄主玉米上两种粉虱海藻糖酶比活力的变化动态虽相仿，但B型烟粉虱的恢复能力较温室粉虱强。【结论】海藻糖酶在B型烟粉虱寄主谱扩张及与温室粉虱的竞争适应过程中可能起重要作用。     

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)...     

家蚕微粒子虫(Nosema bombycis)感染家蚕的病理学研究

Nosema bombycis感染家蚕后 ,家蚕中肠海藻糖酶活性显著下降 ,大量裂殖体的形成是其下降的重要原因 .血淋巴总糖和海藻糖等与能量代谢密切相关物质的含量也明显下降 .感染后血淋巴海藻糖酶活性略有上升 ,但对血糖总量无明显影响 .血淋巴蛋白质含量的下降要滞后于与能量代谢有关的物质 ,其中贮存蛋白量的下降明显高于 30 K蛋白     

肺形侧耳高温后恢复期间海藻糖代谢途径研究

【目的】探索食用菌对高温胁迫后恢复响应差异的机制,为食用菌的高温育种研究提供理论基础。【方法】以肺形侧耳热敏感型菌株CCMSSC 00494和耐热型菌株CCMSSC 00499为材料,通过测定高温胁迫后恢复培养期间菌丝体内海藻糖代谢相关酶活性和基因相对表达量的变化,研究海藻糖代谢途径的应激响应。【结果】高温胁迫后恢复培养期间,两株肺形侧耳菌株海藻糖含量迅速降至对照水平,CCMSSC 00494中海藻糖含量降低速率高于CCMSSC 00499。CCMSSC 00494中海藻糖-6-磷酸合成酶（TPS）活性随着处理时间的延长增加,而CCMSSC 00499中的TPS活性缓慢下降。两菌株中合成海藻糖反应方向海藻糖磷酸化酶（TP）活性急剧下降。降解海藻糖反应方向TP活性和中性海藻糖酶（NTH）活性分别在恢复前期和后期被激活,参与海藻糖水解。tps和tp基因的表达量变化与各自酶活性变化一致,但nth基因的高效表达与其在恢复初期的NTH活性下降不一致。【结论】高温胁迫后恢复培养期间,热敏感型菌株中TPS活性和tps基因表达量显著高于耐热型菌株,是两者海藻糖代谢途径中的最主要差异。     

绿盲蝽水溶性海藻糖酶ALTre-1基因原核表达、 纯化与酶学特性

【目的】在前期克隆了绿盲蝽水溶性海藻糖酶（ALTre-1）基因的基础上,以获得具有酶活性的重组蛋白,明确酶促反应的最佳pH值及最适温度,为绿盲蝽海藻糖酶分子调控机制及其抑制剂的应用研究奠定基础。【方法】将含有绿盲蝽ALTre-1基因的T载体经Nde I和Not I双酶切,构建ALTre-1基因原核表达载体（pET28a-ALTre-1）,表达载体经诱导表达和蛋白纯化,获得ALTre-1功能区纯化蛋白。在蛋白浓度为0.3 mg•mL-1的条件下,以海藻糖为底物,对纯化得到的重组Tre-1蛋白进行活性检测,确定其酶促反应的最佳pH值和最佳温度。【结果】ALTre-1基因在大肠杆菌中BL21中能够高效表达,纯化获得的重组蛋白在试验条件下有较高的海藻糖酶水解活性（（184.83±13.39）nmol•μg-1•min-1）。重组ALTre-1蛋白活性最适pH值为7.0（酶活性为（202.04±13.76）nmol•μg-1•min-1）,表明重组ALTre-1蛋白是1个在中性环境中具有最佳活性的海藻糖酶,同时重组ALTre-1蛋白酶活性最适温度为55℃（酶活性为（228.59±4.62）nmol•μg-1•min-1）。【结论】本研究克隆得到了ALTre-1全长基因,获得了具有海藻糖酶活的重组蛋白,该重组蛋白在pH 7.0、温度55℃条件下酶活性最高。