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。     

高压脉冲电场对中性海藻糖分解酶活性的影响

以啤酒废酵母细胞为原料,以海藻糖和葡萄糖的含量为衡量指标,当啤酒酵母细胞悬浮液料液比(g/mL)为1∶30、电场强度为40 kV/cm、脉冲数为6时,对比分析了pH值为7环境下的啤酒酵母细胞中海藻糖分解酶活性的变化情况。结果表明:经高压脉冲电场处理后的啤酒酵母细胞中海藻糖含量相对较高,可以说明高压脉冲电场对pH值为7环境下的啤酒酵母细胞中海藻糖分解酶活性具有一定的抑制作用。     

两个褐飞虱海藻糖转运蛋白基因的结构及调控海藻糖代谢功能

【目的】海藻糖是昆虫中的主要血糖物质,在昆虫的发育及生理活动中发挥重要功能。其中,海藻糖转运蛋白（Tret）在将海藻糖从其生成组织（例如脂肪体）运输到其消耗组织的过程中起着重要作用。本研究通过分析褐飞虱（Nilaparvata lugens）两条Tret1的序列结构,进一步抑制NlTret1的表达,探讨这两个NlTret1在褐飞虱体内的生物学功能。【方法】以褐飞虱两条Tret1序列为研究对象,利用生物信息学技术分析其蛋白结构以及与其他昆虫之间的同源性。采用RNAi（RNA interference）技术将合成的外源dsRNA（double-stranded RNA）注射到实验室饲养褐飞虱种群体内,抑制其体内NlTret1的表达,分别在注射48 h后取材,抽取总RNA并用反转录试剂盒合成第一链cDNA,采用qRT-PCR（quantitative real-time PCR）技术检测dsNlTret1的干扰效果以及RNAi后褐飞虱体内海藻糖代谢通路中相关基因的表达,最后测定葡萄糖、海藻糖和糖原含量以及海藻糖酶活性。【结果】生物信息学分析表明,NlTret1-like X1和NlTret1-2 X1的开放阅读框长度分别为1 920和1 578 bp,分别编码639和525个氨基酸,预测蛋白分子量分别为69.29和58.71 kD,等电点分别为8.32和8.36;NlTret1-like X1和NlTret1-2 X1的二级结构主要包含螺旋和卷曲;保守结构域分析显示它们均属于MFS家族。进化分析结果显示,不同昆虫的Tret1蛋白具有较高的同源性,且褐飞虱与其他半翅目昆虫具有较近的亲缘关系;与注射dsGFP组相比,注射靶标基因的dsRNA后均能够显著沉默本基因的表达;褐飞虱体内糖原、葡萄糖在注射dsNlTret1-like X1和dsNlTret1-2 X1后,其含量均无显著变化,然而不同于注射dsNlTret1-2 X1组,在注射dsNlTret1-like X1后褐飞虱体内海藻糖含量极显著升高;干扰NlTret1-like X1 48 h后褐飞虱体内TPS1、TPS2、TRE1-1、TRE1-2和TRE2的表达均极显著下调;而干扰NlTret1-2 X1 48 h后褐飞虱体内TPS1、TPS2和TRE1-1的表达虽也极显著下降,但TRE1-2和TRE2极显著上调;在注射dsNlTret1-like X1后,试虫可溶性海藻糖酶和膜结合型海藻糖酶的活性均极显著降低,而在注射dsNlTret1-2 X1后无显著变化。【结论】褐飞虱的两个Tret1在不同组织间发挥着不同的功能,其中NlTret1-like X1在特异性转运海藻糖参与能量供应中起到更为显著的作用。研究结果有助于探索Tret1在昆虫或无脊椎动物中调控海藻糖代谢平衡的调节机制,可为将来通过调控血糖平衡来控制褐飞虱等害虫提供理论依据。     

春尺蠖海藻糖转运蛋白基因AcinTret1和AcinTret1-like的克隆、分子特性与表达分析

海藻糖作为昆虫的血糖,不仅对增强其在抵御外界不利环境中的能力起着重要作用,还可为昆虫的生长发育和繁殖提供能量。海藻糖转运体(Tret)在从脂肪体等海藻糖产生组织向消耗组织转运过程中起着重要作用。为深入探究Tret基因在春尺蠖(Apocheima cinerarius)低温胁迫中的作用,研究基于已有春尺蠖幼虫转录组数据(不同低温胁迫条件),克隆获取Tret1和Tret1-like基因,分别命名为AcinTret1和AcinTret1-like(GenBank登录号：MZ689788、MZ689789),对基因的分子特征进行分析,同时构建系统进化树,最后对其在不同低温胁迫下的表达谱进行分析。结果显示,春尺蠖AcinTret1、AcinTret1-like基因编码蛋白序列(CDS)全长分别为1 926、1 533 bp,分别编码641、510个氨基酸,二者均具有主要协同转运蛋白超家族(major facilitator superfamily,简称MFS)的保守结构域,在N端均不含信号肽,但均具有12个跨膜区。系统进化结果表明,春尺蠖AcinTret1和AcinTret1-like基因分别与...     

昆虫贮存蛋白主要种类及功能研究进展

贮存蛋白是昆虫体内一类特异性蛋白质,幼虫或若虫期的脂肪体内合成,并释入血淋巴中。化蛹时经脂肪体摄取,在细胞中以蛋白颗粒形式贮藏,贮存蛋白对成虫的变态发育和生殖等方面具有重要作用。综述了昆虫贮存蛋白分类和功能,其主要功能包括蛋白质和氨基酸储存库、参与表皮的形成、载体运输功能及其它功能,进一步分析了贮存蛋白的调节机理。     

昆虫抑卵激素研究进展(综述)

昆虫卵的成熟过程是在神经内分泌调控下十分复杂的过程,需要多种激素参与,一般须经历卵黄发生前期(Previtellogenic stage)、卵黄发生期(Vitellogenic stage)及卵黄发生后期(postvitellogenic stage)三个时期。卵黄发生前期指卵母细胞从卵室中分化出来到卵母细胞中卵黄蛋白开始沉积之前。此期,昆虫受到环境因子和行为生理因子,如成虫羽化、交配、取食、光周期和温度等的剌激,由脑神经分泌细胞和卵巢分别合成卵发育神经激素(EDNH,egg development neurohormone)和促咽侧体激素,分别作用于卵巢和咽侧体合成和释放蜕皮激素和保幼激素(JH),JH 又分别作用于脂肪体及卵母细胞,打开脂肪体合成卵黄原蛋白(Vg,vitellogenin)的开关,同时促进卵母细胞的发育,使其具有摄取 Vg 的能力。卵黄发生期指从卵内开始出现卵黄蛋白(Vt,vitellin)直至 Vt 充满     

昆虫脂肪体与抗药性的关系研究现状与分析

随着化学杀虫剂在农、林业生产和生活上广泛应用,在给害虫防治带来极大便利的同时,也对有利经济昆虫(如家蚕、蜜蜂等)、天敌昆虫的生存环境产生了极大的影响.同时,杀虫剂的大量使用也造成大量农林、卫生害虫抗药性的产生,使得农药的使用浓度越来越高,对环境产生巨大的压力,因此,昆虫的抗药性越来越成为多学科的研究热点.脂肪体是昆虫体内重要的物质存储和中间代谢组织,在昆虫对农药的代谢过程中发挥着重要的作用,研究昆虫脂肪体对农药的代谢机制,对于保护经济昆虫和防治农林害虫都具有重要意义.通过对昆虫脂肪体与昆虫抗药性的关系的研究现状进行综述,以了解昆虫脂肪体对有机磷农药及杀虫剂的代谢机制,为经济昆虫、天敌昆虫的保护及新型环境友好农药的研制奠定理论基础.     

昆虫海藻糖酶的研究进展

为了解海藻糖酶的研究进展,从对昆虫海藻糖与海藻糖酶、昆虫海藻糖酶的酶学性质与海藻糖酶基因、昆虫海藻糖酶抑制剂等方面进行了综述,并对其作为杀虫靶标进行了展望.     

不同取食经历的棉铃虫幼虫对糖和肌醇的味觉电生理反应

利用单感受器记录技术测定了不同取食经历的棉铃虫幼虫对糖和肌醇的电生理反应,以分析昆虫味觉细胞的可塑性.研究结果表明,(1)连续多代取食含量约39 mmol.L-1蔗糖的标准人工饲料的棉铃虫幼虫下颚中栓锥感器和侧栓锥感器对阿拉伯糖、海藻糖、麦芽糖、葡萄糖和蔗糖均产生明显的脉冲反应,但中栓锥感器对海藻糖和葡萄糖的反应频率显著高于侧栓锥感器,表明中栓锥感器内存在海藻糖和葡萄糖敏感细胞.(2)直接从田间采集的野生棉铃虫幼虫中栓锥感器对阿拉伯糖、麦芽糖、葡萄糖、蔗糖和肌醇脉冲反应的反应频率显著高于室内种群的反应频率,但2种群对海藻糖的反应频率没有显著差异,表明幼虫对海藻糖的反应机制不同于对蔗糖、肌醇和其他糖的反应机制.(3)连续多代取食标准人工饲料的棉铃虫幼虫中栓椎感器对阿拉伯糖、麦芽糖、葡萄糖、蔗糖和肌醇的电生理反应被抑制,但是当下一代幼虫取食不含蔗糖的人工饲料后,幼虫对这4种糖的反应频率恢复到野生种群的水平,而对肌醇的反应强度继续被抑制,表明幼虫对肌醇的反应机制不同于对阿拉伯糖、麦芽糖、葡萄糖和蔗糖的反应机制.这些结果表明幼虫前期取食经历能够显著影响后代对不同糖及肌醇的电生理反应,但是不同糖之间、糖与肌醇之间的反应机制存在差异.     

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.     

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     

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)...     

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.     

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。     

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。     

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。