基于全长转录组测序的稻秆潜蝇解毒代谢相关基因筛选

为筛选水稻害虫稻秆潜蝇Chlorops oryzae潜在的解毒代谢酶基因，利用PacBio Sequel Ⅱ测序平台对稻秆潜蝇幼虫进行全长转录组测序，基于测序结果筛选稻秆潜蝇的解毒代谢相关基因谷胱甘肽S-转移酶（glutathione S-transferase，GST）基因、羧酸酯酶（carboxylesterase，CarE）基因和细胞色素P450（cytochrome P450，CYP450）基因，并检测其在稻秆潜蝇不同发育阶段的相对表达量。结果表明，对稻秆潜蝇进行测序得到18 100条去冗余转录本序列，共有16 283条序列得到注释。通过比对分析共筛选出8条GST、12条CarE和28条CYP450基因序列，这些基因在稻秆潜蝇不同发育阶段的表达量具有显著差异，表明不同虫态的稻秆潜蝇其解毒代谢能力可能不同。此外，还筛选到1 452个lncRNA序列，以及176个潜在的lncRNA靶基因序列，其中4个与解毒代谢基因相关。表明筛选获得的稻秆潜蝇解毒代谢酶基因及lncRNA靶基因可用于后续该虫的潜在抗药性研究及防治药剂筛选。     

作物抗旱基因研究进展及在马铃薯抗旱种质创新中的应用

整理并分析了近年来已经公开发表的68个抗旱相关基因,其中包括转录因子,以及提高渗透物质积累,具有解毒和抗氧化胁迫,控制作物生物大分子合成的基因,并对这些基因在作物抗旱中的作用机理及应用进展进行了分析。得出转录因子主要是通过激活或者抑制下游与干旱相关基因的表达,与渗透调节相关的基因主要是维持细胞内外渗透平衡,具有解毒和抗氧化胁迫的基因主要是通过清除活性氧的积累,与生物大分子合成有关的基因主要在逆境中可以产生一些逆境蛋白,从而提高作物耐逆性。同时整理并分析了利用基因工程改良马铃薯种质的发展现状与存在问题。     

福建省烟粉虱不同地理种群遗传结构特征

为明确福建省烟粉虱种群遗传结构特征,基于福建省烟粉虱不同地理种群中40个代表性的线粒体COI基因序列,分析了种群遗传多样性、遗传分化及分子变异情况,并构建了单倍型系统发育树与网络图。结果显示:在590 bp长度的mt COI基因序列中有效位点558个,其中187个核苷酸位点存在变异;序列核苷酸中A、T、C、G含量分别为42.32%、24.36%、20.25%、13.06%,其中A+T的含量为66.68%,表现出明显的A+T偏向性;共检测出11个单倍型,其中Hap3、4、7、9、11为特殊单倍型;种群多样性指数为0.838,核苷酸多样性指数为0.093,表明遗传多样性水平较高;AMOVA分析表明种群遗传变异主要来自种群内,总种群遗传分化系数仅为0.027,种群遗传分化较低。表明福建烟粉虱种群基因交流未受地理距离明显影响,种群遗传分化不显著。     

Hap4型棉蚜取食西葫芦后的寄主适应性变化

棉蚜寄主间转移是常见的现象,在寄主转移过程中的寄主适应能力转变是其重要的生物学特性。为了解棉蚜取食西葫芦不同世代后,对其他寄主适应能力的转变,探究取食经历对棉蚜寄主适应性变化的影响,本试验利用寄主转接试验,将采自棉花上的Hap4型棉蚜转接到西葫芦上,分别测定取食西葫芦不同世代后,对棉花、黄瓜和西葫芦的适应能力。结果显示,随着取食西葫芦代数的增加,Hap4型棉蚜对原寄主棉花的适应性逐渐降低。Hap4型棉蚜取食西葫芦一代后就对黄瓜有良好的寄主适应性,并呈现较为稳定的趋势。Hap4型棉蚜对西葫芦的寄主适应性随着在西葫芦上取食代数的增加而降低,但强于在原寄主上的寄主适应性。除此之外,本试验也发现取食西葫芦后的Hap4型棉蚜的寄主适应性表现为黄瓜>西葫芦>棉花。植食性昆虫的取食经历影响其寄主适应能力,Hap4型是棉蚜主要的生物型之一,其取食经历直接影响其寄主适应性,研究结果为生产中作物布局及棉蚜的生态调控技术应用提供理论基础。     

Hap1型棉蚜在5种春季杂草上的生长发育情况

棉蚜Aphis gossypii Glover是重要的棉花Gossypium hirsutum和葫芦科蔬菜害虫,严重影响寄主植物的生长发育、产量和品质。棉蚜在冬季寄主上产卵越冬,早春孵化后进行寄主转移扩散。阿拉伯婆婆纳Veronica persica、猪殃殃Galium spurium、飞蓬Erigeron canadensis等是早春时期的优势杂草,可能是棉蚜向棉花转移过程中的中间寄主。本试验选用Hap1型棉蚜,记录其取食棉花以及阿拉伯婆婆纳、猪殃殃、飞蓬、荠菜Capsella bursa-pastoris、飞廉Carduus nutans等5种早春优势杂草时的生长发育、产仔量等数据,并通过计算、对比各组的生命表参数,从而得出Hap1型棉蚜在此5种春季杂草上的适合度。试验表明,Hap1型棉蚜在不同寄主上的若虫发育历期及各龄若虫的发育时间存在明显差异。相较于取食棉花叶片的Hap1型棉蚜,取食杂草的棉蚜总生殖前期缩短0.2～0.9 d,每雌生殖力最多减少50%。Hap1型棉蚜取食5种杂草及棉花的生命表参数显示,Hap1型棉蚜最适寄主为棉花,寿命比取食杂草高0.4～0.9倍。Hap1型棉蚜...     

棉蚜对新烟碱类杀虫剂的抗性现状及其治理策略

棉蚜Aphis gossypii Glover是棉花生产中最严重的害虫之一。长期以来防治棉蚜主要依赖于化学杀虫剂,其中新烟碱类杀虫剂扮演着十分重要的角色,但由于其长期、大量的使用,棉蚜已对该类杀虫剂产生了较高水平的抗性,严重影响了对棉蚜的防治效果。抗性机制研究表明,棉蚜对新烟碱类杀虫剂产生抗性的机制主要涉及解毒代谢能力增强和靶标敏感性下降。细胞色素P450、羧酸酯酶、谷胱甘肽S-转移酶、UDP-葡糖基转移酶等解毒酶基因过量表达介导的解毒代谢增强和烟碱型乙酰胆碱受体β1亚基突变引起的靶标敏感性下降是棉蚜对新烟碱类杀虫剂产生抗性的关键。针对我国棉蚜对新烟碱类杀虫剂抗性问题突出的现状,为更好地利用该类药剂防治棉蚜,亟需根据棉蚜抗性机制制定合理的抗性治理策略。本文将从棉蚜对新烟碱类杀虫剂的抗性现状、抗性机制以及抗性治理策略等方面进行综述,以期为抗性棉蚜的科学治理提供参考。     

甜菜NBS-LRR家族基因的鉴定与分析

为明确甜菜中由抗性基因R编码的包含富亮氨酸重复序列（leucine-rich repeat,LRR）和核苷酸结合位点（nucleotide-binding site,NBS）的家族成员及其功能,基于甜菜基因组全长序列,利用HMMER、TBtools、Pfam、NCBI等软件和在线程序对甜菜NBS-LRR家族成员进行筛选和鉴定,采用生物信息学方法对鉴定到的成员进行亚家族分类、染色体定位、结构域分析、进化树构建、顺式元件分析和同源序列筛选。结果显示,从甜菜基因组中最终筛选鉴定到267条NBS-LRR家族基因序列,占甜菜基因组的0.614%,通过对267条基因序列进行结构域预测并进行分类,分属于N型、NL型、CNL型、TNL型和RNL型5个亚家族,分别包含110、25、128、3和1条序列。甜菜NBS-LRR家族基因大多位于2号、3号、4号和7号染色体上,根据基因簇划分原则发现有73.25%的基因以基因簇形式存在。经Clustal Omega和MEME在线程序对CNL型亚家族中具有完整卷曲螺旋（coiled-coil,CC）、NBS和LRR结构域的24条基因序列进行结构域保守性分析,共发现7个保守性较高的基序,基于CNL型亚家族128条基因序列构建的进化树显示CNL型亚家族的系统进化受CC、NBS和LRR结构域的影响较大。甜菜NBS-LRR家族基因含有大量植物激素相关顺式元件和多种胁迫响应元件,部分序列含有植物生理响应元件。甜菜NBS-LRR家族基因与菠菜和藜麦的抗病蛋白同源性较高。     

氯虫苯甲酰胺和氟虫腈对黏虫细胞色素P450基因表达的影响

为筛选出黏虫Mythimna separata参与杀虫剂解毒代谢的主效细胞色素P450基因,采用叶片浸渍法测定了用于处理黏虫3龄幼虫的亚致死浓度,通过构建转录组测序文库并结合数字基因表达(digital gene expression,DGE)对不同处理的黏虫进行测序,并运用实时荧光定量PCR(realtime quantitative polymerase chain reaction,RT-qPCR)技术验证12个P450基因的表达情况。结果表明,用于处理黏虫的氯虫苯甲酰胺和氟虫腈亚致死浓度LC_(10)分别为0.15、13.66 mg/L;对照样品、氟虫腈处理样品和氯虫苯甲酰胺处理样品分别获得59 521 504、64 838 148和41 722 990个原始序列数据,分别获得57 441 216、62 368 912和40 285 164个过滤后的序列数据;过滤后的序列长度分别为8.62、9.36和6.04 G;碱基错误率均为0.02%;Phred数值大于20、30的碱基占总碱基的百分比均高于90.59%;鸟嘌呤+胞嘧啶(guanine cytosine,GC)含量分别为47.16%、48.94%和47.55%,表明转录组测序质量较高;黏虫受氯虫苯甲酰胺胁迫后,29个P450基因表达量上调,27个P450基因表达量下调;黏虫受氟虫腈胁迫后,23个P450基因表达量上调,26个P450基因表达量下调;12个P450基因表达量的RT-qPCR技术检测结果与DGE测序文库显示的结果基本一致。     

细胞色素P450酶系与植物的化学防御

简述了植物细胞色素P450酶系(P450s)在植物防御性物质的合成以及对除草剂等外源化学物质的解毒方面的功能,提出了利用分子生物学等技术,分离人们需要的P450基因,并在转基因植物中得到表达,培育出具有抗病虫、除草剂等功能的转基因作物的展望。     

三个水稻逆转座子相关基因的逆境响应特征

 逆转座子是植物基因组的重要成分, 对基因组的大小、结构、功能和进化都有重要影响。研究表明多种生物和非生物逆境胁迫可以激活植物逆转座子的转录, 但其调控机制和功能还属未知。本研究从稻瘟菌侵染后云南地方水稻品种月亮谷的基因转录谱中筛选出3个逆转座子相关基因, 通过RT PCR分析了逆境胁迫处理对其表达水平的影响。结果表明, 稻瘟病菌、水杨酸、2, 4 D和NaCl处理水稻苗都能诱导这3个基因的快速转录, 表明这3个基因能够同时响应生物逆境和非生物逆境, 是研究该类逆转座子表达调控的良好候选基因。通过生物信息学分析还发现, 它们在月亮谷基因组中没有发生大的结构变异;且在水稻基因组中都具有与植物抗病相关的旁系同源物, 意味着其表达后可能对抗性产生影响, 因此, 这些基因在逆境和非生物逆境中的表达模式和功能值得关注。     

棉蚜唾液腺蛋白 armet 基因的克隆及表达特性分析

armet是一种水溶性唾液蛋白,在蚜虫取食过程中具有重要作用。本研究结合棉蚜的转录组分析结果,以注释的armet基因转录本作为参考,克隆得到棉蚜的armet基因(GenBank登录号KY612465)。armet基因的开放阅读框为522bp,编码173个氨基酸。在其氨基酸序列的N端具有一个由21个氨基酸组成的信号肽。在其氨基酸序列的C-末端具有内质网滞留信号KDEL。运用RT-qPCR分析棉花型棉蚜和黄瓜型棉蚜的时间表达谱,结果表明,armet基因的表达量在除3日龄成蚜外的各个时期均稳定表达,在两种专化型棉蚜中表达量相当,说明armet基因可能在棉蚜整个生命活动过程中均起重要作用。分别将棉花型棉蚜和黄瓜型棉蚜转接到西葫芦Cucurbita pepo L.后,通过荧光定量PCR检测armet基因在转接寄主前后表达量的变化,结果显示armet基因在转接第2代3日龄黄瓜型成蚜中的表达量显著高于转接前,在其他转接试验中转接前后表达量有变化,但未达到显著水平,说明armet基因在不同专化型棉蚜寄主转接试验的成、若蚜中发挥不同作用。     

棉蚜预测预报网络数据库系统的设计与开发

依据棉蚜Aphis gossypii Glover测报的国家行业标准(GB／T15799．1995)及其测报调查的相关信息标准，利用分布式数据库SQL建立了棉蚜预测预报数据库，数据库主要包括早春木本寄主蚜虫调查、早春草本寄主蚜虫调查、苗期棉蚜消长情况调查、苗期棉蚜普查、伏期棉蚜系统调查、伏期棉蚜普查、棉田天敌系统调查、植保站信息和气象信息等12个数据表；利用Internet网络技术和网络开发软件，建立了浏览器／服务器应用程序结构体系，实现了棉蚜虫情数据维护、查询、统计、报表和打印等网络数据库管理和预测数据挖掘功能。棉蚜网络数据库的建立和浏览器／服务器应用程序结构体系的组建和实现，为棉蚜区域化预测预报和管理提供了有力的科学和技术支持。     

棉蚜对吡虫啉抗性的初步研究

用吡虫啉对棉蚜进行室内抗性筛选,用药处理25次后抗性是筛选前的20.03倍;2007年对田间棉蚜进行抗性调查,发现不同地区种群对吡虫啉的抗性差异显著,江苏南京种群最为敏感,河南安阳、山东泰安和北京地区棉蚜与之相比,抗性分别为2.21、7.63和9.53倍;抗、感品系解毒酶活力分析发现,抗性品系的谷胱甘肽S-转移酶活性增加很少(比活力1.12倍),但酯酶活力显著高于敏感品系(比活力1.71倍);增效试验结果表明,顺丁烯二酸二乙酯(DEM)在抗、感品系中对吡虫啉均没有明显的增效作用,而磷酸三苯酯(TPP)和增效醚(PBO)虽然在敏感品系中对吡虫啉的增效作用较小(SR 1.24和1.29),但在抗性品系中的增效作用显著增高(SR 2.13和1.74);此外还发现,吡虫啉处理可提高棉蚜群体的酯酶活力。由此认为,棉蚜至少具有对吡虫啉产生中等水平抗性的风险,其抗性可能是由于棉蚜的酯酶和P450单加氧酶的解毒能力提高所致。     

不同作物上棉蚜及其主要天敌的发生规律

随着化学农药的大面积推广使用,棉蚜的抗药性问题变得越来越突出,结合使用生物防治法来延缓或治理棉蚜抗药性问题已迫在眉睫。本研究在常规管理棉田条件下,对不同作物混栽区苗期6种作物上棉蚜及其主要天敌的种群动态进行了调查。结果表明,西葫芦上的棉蚜种群数量最大（峰值,11016.7头/百株）,其次是四季豆（峰值,6323.3头/百株）,棉花、黄瓜、豇豆和甜瓜上的棉蚜则相对较少,且其种群动态发生具有一致性。6种作物上的主要天敌的种群发生都滞后于棉蚜的发生,并以寄生蜂的种群密度最大,且具有指数增长效应。在本试验条件下,西葫芦上棉蚜数量多,僵蚜基数大,是室内饲养寄生蜂的良好寄主。     

重庆潼南朱砂叶螨田间抗性监测及其抗性机制分析

本研究通过生物测定检测了重庆潼南田间朱砂叶螨种群对5种杀虫杀螨剂的抗药性,并测定了主要代谢酶活性及抗性相关基因的表达量。抗性监测结果显示,朱砂叶螨对联苯肼酯和哒螨灵表现为中等水平抗性,对阿维菌素、丁氟螨酯和甲氰菊酯为低水平抗性。代谢酶活性检测结果显示:田间种群的P450和GST活性明显提高,且多个相关基因的表达也显著上调,而CarE的活性没有显著变化。综上所述,重庆潼南田间朱砂叶螨种群已对联苯肼酯、哒螨灵、阿维菌素、丁氟螨酯和甲氰菊酯产生了不同程度的抗药性,P450和GST活性提高和有关基因过表达是抗性产生的主要原因。     

Plant resistance to aphid feeding: behavioral,physiological, genetic and molecular cues regulate aphid host selection and feeding

Aphids damage major world food and fiber crops through direct feeding and transmission of plant viruses. Fortunately, the development of many aphid‐resistant crop plants has provided both ecological and economic benefits to food production. Plant characters governing aphid host selection often dictate eventual plant resistance or susceptibility to aphid herbivory, and these phenotypic characters have been successfully used to map aphid resistance genes. Aphid resistance is often inherited as a dominant trait, but is also polygenic and inherited as recessive or incompletely dominant traits. Most aphid‐resistant cultivars exhibit constitutively expressed defenses, but some cultivars exhibit dramatic aphid‐induced responses, resulting in the overexpression of large ensembles of putative aphid resistance genes. Two aphid resistance genes have been cloned. Mi‐1.2, an NBS‐LRR gene from wild tomato, confers resistance to potato aphid and three Meloidogyne root‐knot nematode species, and Vat, an NBS‐LRR gene from melon, controls resistance to the cotton/melon aphid and to some viruses. Virulence to aphid resistance genes of plants occurs in 17 aphid species – more than half of all arthropod biotypes demonstrating virulence. The continual appearance of aphid virulence underscores the need to identify new sources of resistance of diverse sequence and function in order to delay or prevent biotype development. © 2013 Society of Chemical Industry     

植物抗蚜生理及分子机制的研究进展

蚜虫作为农业害虫和植物病毒的传播者,已经成为严重威胁全球农业生产发展的主要害虫之一。本文综述了植物宿主免疫系统在抗蚜过程中的作用,从物理屏障、化感元素以及基因调控等方面阐述目前的抗蚜应答机理研究,提出了抗蚜研究应该整体地考虑植物-蚜虫互作动态体系,抗蚜基因的挖掘应该建立在有效性和持久性双重标准上,培育抗蚜新品种应考虑蚜虫效应因子与植物的基因间互作以及植物NBS-LRR抗病基因家族可能参与抗蚜免疫反应等观点,以期为揭示植物-蚜虫之间相互作用的分子机制,探索在生产实践中绿色、生态的蚜虫防治新方法提供理论依据。     

棉蚜抗药性现状及治理策略

棉蚜Aphis gossypii Glover是农业生产上最重要的害虫之一。化学杀虫剂一直以来都是棉蚜综合防治体系中的重要组成部分, 但化学杀虫剂的不合理使用导致棉蚜对多种杀虫剂均产生了高水平抗性。现有研究表明, 靶标位点突变、解毒酶基因的过表达以及某些肠道共生菌丰度的变化是导致棉蚜对杀虫剂产生抗性的主要机制。针对棉蚜抗性发展现状及其抗药性机制, 制定科学合理的抗性治理策略, 是充分发挥化学防治的优势、实现棉蚜可持续治理的关键。本文主要从棉蚜的抗药性现状、抗性机制和抗性治理策略3个方面对近10多年的主要进展进行了综述, 旨在为棉蚜抗药性长效治理和科学施策提供理论依据。     

北疆地区棉蚜对不同杀虫剂敏感度水平测定

为了解北疆不同地区棉蚜种群对不同类型杀虫剂的敏感度水平,科学指导北疆地区棉蚜的化学防治,利用FAO推荐的叶片浸渍法(1980)测定北疆地区4个棉蚜田间种群对4类杀虫剂的敏感性.结果表明,新农大种群对杀虫剂的敏感水平最高,不同类型杀虫剂的毒力大小顺序为:新烟碱类＞有机磷类＞抗生素类＞拟除虫菊酯类.安宁渠种群较石河子种群更为敏感.石河子垦区内的两个不同种群对菊酯类处于相对敏感状态;对有机磷类产生了明显抗药性,147团种群对辛硫磷的相对抗性倍数为951.8倍,新湖农场种群更达到了1236.9倍;147团种群和新湖种群对啶虫脒亦产生了明显的抗药性,相对抗性倍数分别为134.4倍和270.0倍,但对吡虫啉的敏感度较高.石河子垦区应限制使用新烟碱类的啶虫脒和有机磷类杀虫剂,以减缓棉蚜抗性的发展.