中华稻蝗几丁质合成酶1基因的mRNA表达及功能

【目的】研究中华稻蝗（Oxya chinensis（Thunberg））几丁质合成酶1（CHS1）基因的表达特性及其在生长发育过程中的作用,从而为实现基于RNAi的蝗虫有效控制提供理论依据。【方法】根据已知中华稻蝗几丁质合成酶1基因（OcCHS1）保守区域部分cDNA序列（GenBank登录号：HM214491）设计特异性表达引物,运用RT-PCR和qPCR研究时空表达特性;采用RNA干扰技术研究其生物学功能。【结果】OcCHS1在中华稻蝗各龄期都有表达,其体表为高表达,其次是气管,其它组织部位表达量低。RNA干扰试验发现,4龄第4天若虫注射OcCHS1的双链RNA（dsRNA）后,与对照组相比,OcCHS1 mRNA表达量被沉默了70.8%,稻蝗出现蜕皮时间延迟、不能完成蜕皮或腹部皱缩死亡等现象,注射dsOcCHS1组死亡率为85.2%,与对照组（7.4%）相比差异显著。【结论】几丁质合成酶1对中华稻蝗的生长发育具有重要作用,其主要参与体表和气管几丁质的合成。采用RNA干扰技术使该基因沉默后可导致中华稻蝗死亡。     

中华稻蝗几丁质脱乙酰基酶2基因的分子特性和生物学功能

【目的】研究中华稻蝗（Oxya chinensis）几丁质脱乙酰基酶（chitin deacetylase,CDA）基因的分子特性和生物学功能,为新型农药靶标筛选提供科学依据。【方法】采用生物信息学方法在稻蝗转录组数据库中搜索获得几丁质脱乙酰基酶基因cDNA序列,对其进行保守区域分析,选取赤拟谷盗（Tribolium castaneum）、果蝇（Drosophila melanogaster）、冈比亚按蚊（Anopheles gambiae）、家蚕（Bombyx mori）和云杉卷叶蛾（Choristoneura fumiferana）等昆虫物种的同源序列与中华稻蝗几丁质脱乙酰基酶氨基酸序列进行聚类分析,进一步构建系统发育树;运用real-time PCR方法检测几丁质脱乙酰基酶基因在中华稻蝗5龄若虫不同组织部位和不同发育天数表皮中的表达特性;进一步采用RNA干扰（RNAi）技术研究该基因对中华稻蝗蜕皮发育的影响。【结果】在中华稻蝗转录组数据库中搜索获得2条几丁质脱乙酰基酶基因的cDNA全长序列,生物学软件分析其氨基酸,发现2条序列均具有信号肽,开放阅读框包含3个几丁质脱乙酰基酶保守区域：几丁质结合区（ChBD）、低密度脂蛋白受体区（LDLa）和几丁质脱乙酰基催化结合域（CDA）。聚类分析表明2条序列分别与所选用的5种昆虫CDA2聚为一支。剪切子聚类分析发现2条序列分别与5种昆虫CDA2a和CDA2b相聚为一支,综合序列分析和聚类结果,认为所获得的序列属于几丁质脱乙酰基酶2基因的2个不同剪切子,分别命名为OcCDA2a和OcCDA2b。定量PCR分析表明OcCDA2a和OcCDA2b均在中华稻蝗表皮、前肠和后肠中高表达;在5龄第1天的表皮中表达量较高,之后逐步下降,蜕皮前又略有上升;RNAi研究发现5龄第2天的若虫注射dsOcCDA2a或dsOcCDA2b 24 h后,与注射dsGFP的对照相比,目的基因表达量显著降低,沉默效率分别为96.72%和80.43%;进一步观察试虫的表型,与对照组相比,注射dsOcCDA2和dsOcCDA2a的大多数虫体出现龄期延长,脊线开裂,旧表皮不能顺利剥离而导致虫体扭曲,最终死亡。少数若虫在蜕皮前死亡,未出现异常表型,部分若虫虽蜕至成虫,但四肢无力,行动缓慢。死亡率分别达到87.5%和94.4%;注射dsOcCDA2b的试虫无可见表型,可正常蜕皮发育至成虫。【结论】中华稻蝗几丁质脱乙酰基酶2基因具有2个剪切子,分别为OcCDA2a和OcCDA2b。OcCDA2a参与虫体蜕皮,对其生长发育起着重要的作用,该基因的沉默导致中华稻蝗因蜕皮困难而死亡,而OcCDA2b对中华稻蝗的生长发育没有影响。     

飞蝗几丁质合成酶2基因的表达特性、功能及调控

【目的】几丁质合成酶（chitin synthase,CHS）是昆虫几丁质合成过程中的关键酶之一,由于高等动物不存在该酶,而被认为是设计安全高效杀虫剂的潜在靶标。论文在已克隆得到飞蝗几丁质合成酶2基因cDNA序列（LmCHS2,GenBank登录号：GU067731）的基础上,进一步深入探讨该基因在不同发育时期的表达特性、功能及调控,为基于RNA干扰技术的飞蝗有效控制提供科学依据。【方法】根据已知LmCHS2 基因核苷酸序列,设计特异性表达引物,运用RT-qPCR技术研究该基因在卵、若虫及成虫期的表达特性;体外合成LmCHS2的dsRNA后,分别注射至成虫期第1天的雌虫和雄虫,收集第5天的中肠样本提取RNA,反转录成cDNA后,采用RT-qPCR方法检测LmCHS2沉默效果。解剖飞蝗整个肠道后,观察中肠的形态变化及围食膜的完整性,探讨该基因在成虫期的生物学功能;饥饿处理飞蝗不同时间后,再重新进食,观察试虫肠道的变化,进一步运用RT-qPCR技术检测LmCHS2的表达。【结果】LmCHS2在飞蝗卵发育的前期和中期几乎没有可检测到的表达,卵发育后期表达量急剧上升,在4龄、5龄若虫和成虫期稳定表达;分别对羽化后第1天的雌、雄成虫注射dsCHS2,与对照组相比,处理组试虫LmCHS2表达量均显著下降,且取食量明显减少,雌虫和雄虫死亡率分别达78%和85%;解剖消化道后发现,注射dsCHS2后飞蝗中肠几乎不含有食物,中肠和胃盲囊长度显著缩短;对中肠的组织学观察结果表明对照组飞蝗围食膜发育完整,而注射dsCHS2后围食膜被严重破坏甚至缺失;饥饿处理飞蝗48 h后,与对照组相比,饥饿组中肠几乎不含有食物,长度亦显著缩短。H&E染色结果表明,饥饿组围食膜被严重破坏,对照组围食膜结构完整,与RNAi的结果非常相似;重新进食后围食膜发育良好;饥饿处理24 h和48 h后LmCHS2的表达被显著抑制,重新进食0.5 h后,其表达量快速上调,表明进食影响LmCHS2的表达。【结论】LmCHS2参与中肠围食膜的形成,对飞蝗的生长发育至关重要,该基因的沉默影响中肠围食膜的完整性,使飞蝗对食物的消化吸收困难,最终因饥饿而死亡;此外,该基因的表达受飞蝗进食的调控。     

飞蝗LmGSTS2的酶学特性及其对马拉硫磷、 p,p’-DDT的代谢分析

【目的】将飞蝗（Locusta migratoria）谷胱甘肽硫转移酶sigma2（glutathione-S-transferases sigma2,LmGSTS2）在大肠杆菌中原核表达后进行纯化,研究LmGSTS2的酶学特性,并分析其对马拉硫磷和p,p’-DDT的代谢作用。结合飞蝗体内LmGSTs2的RNA干扰及杀虫剂生物学测定,评估LmGSTS2对杀虫剂的代谢解毒能力,为飞蝗抗性治理及合理施药提供理论依据。【方法】将LmGSTS2在BL21(DE3)中表达,通过Ni-NTA亲和层析对LmGSTS2进行纯化,以CDNB为底物检测LmGSTS2在不同温度和pH条件下的酶活性变化。在最适条件下（pH=7,27℃）,用纯化的LmGSTS2蛋白与马拉硫磷和p,p’-DDT进行孵育,通过超高效液相色谱（UPLC）评估LmGSTS2对马拉硫磷和p,p’-DDT的代谢解毒能力。进一步将3 μg dsLmGSTs2注入2龄飞蝗若虫体内,24 h后检测目的基因LmGSTs2的沉默效率,并结合杀虫剂生测试验分析飞蝗对杀虫剂敏感度的变化。【结果】将LmGSTS2在大肠杆菌中诱导表达,经SDS-PAGE检测后,发现与两个对照组pET28a/BL21(DE3)和未诱导的pET28a/BL21(DE3)-LmGSTS2相比,诱导后的pET28a/BL21(DE3)-LmGSTS2总蛋白在25 kD左右出现与目标蛋白大小相符的单一条带,表明LmGSTS2成功表达。对纯化后LmGSTS2蛋白的酶学特性研究结果表明,其最适反应pH范围为6—8,在pH=7时酶活性达到顶峰;最适反应温度范围为25—30℃,27℃时活性最高。在最适条件下,LmGSTS2分别与马拉硫磷和p,p’-DDT进行孵育。UPLC结果显示,与3个对照组相比（GSH+insecticide、active LmGSTS2+insecticide及inactive LmGSTS2+GSH+ insecticide）,LmGSTS2组马拉硫磷色谱峰面积分别降低83.6%、84.0%和84.6%,差异显著（P<0.05）,而p,p’-DDT色谱峰面积与对照组相比无显著变化（P>0.05）,说明LmGSTS2可对马拉硫磷进行代谢,对p,p’-DDT无代谢作用。进一步通过RNA干扰结合杀虫剂生测在飞蝗体内检测LmGSTS2蛋白对马拉硫磷的代谢解毒作用。将靶标基因的双链RNA注入2龄飞蝗若虫体内,24 h后可使飞蝗体内LmGSTs2表达量抑制96%。飞蝗对马拉硫磷的敏感度检测发现,与对照组相比,LmGSTs2基因沉默后飞蝗对马拉硫磷的敏感度增加,死亡率由29.9%上升至45.2%,表明LmGSTS2参与了马拉硫磷在体内的代谢解毒过程。【结论】将LmGSTS2在体外进行表达纯化,并以CDNB为底物检测到该酶最适反应条件为pH=7,27℃左右;对马拉硫磷的体内和体外检测结果显示,LmGSTS2参与马拉硫磷在飞蝗体内的代谢解毒过程;对p,p’-DDT的体外研究结果显示该酶不参与p,p’-DDT的代谢。     

典型黄土残塬沟壑区啮齿动物群落分布格局及其时空动态

为研究典型黄土残塬沟壑区啮齿动物群落的分布格局及其对环境变化的响应，于1990—2020年对山西省隰县林草区、沟底作物区、塬面作物区和塬面果园区4种不同样区的啮齿动物群落进行调查，分析不同时间段啮齿动物的群落结构、多样性特征和空间生态位。结果显示，研究期间隰县啮齿动物整体密度呈高—低—高的趋势，由1990—1994年的12.71%逐步下降到2005—2009年的3.39%，之后又上升至2015—2020年的7.83%；作物区的啮齿动物群落多样性特征与林草区、塬面果园区的多样性特征有显著差异，而沟底作物区和塬面作物区的啮齿动物群落多样性特征无显著差异；不同啮齿动物间的Pianka空间生态位重叠指数显示啮齿动物对环境资源的需求和利用有一定的差异性。表明生境类型会影响啮齿动物群落的分布格局，而环境的变化是导致其格局变化的重要因素。     

LmNotch基因在飞蝗翅发育中的功能分析

Notch是Notch信号通路中的受体蛋白,与配体结合后调控下游靶标基因的表达,在无脊椎动物和脊椎动物的发育和分化过程中发挥着重要的作用。本文以飞蝗为研究对象,利用转录组数据库搜索获得Notch信号通路受体基因LmNotch,并利用qRT-PCR对5龄飞蝗不同组织及不同发育时期翅芽组织中的LmNotch表达特性进行了分析。通过RNA干扰试验对其生物学功能进行分析,发现注射dsLmNotch的飞蝗有70%无法完成蜕皮过程,10%的飞蝗在蜕皮后出现翅紊乱表型。飞蝗翅芽石蜡切片的H&E染色结果表明,处理组翅上下两层表皮之间腔空间增大,新表皮无法完整形成。qRT-PCR检测其他翅发育相关基因表达发现,LmNotch表达量的下降影响翅发育相关基因Dpp、Omb、Yorkie以及翅特异表皮蛋白基因的表达。上述研究结果可为昆虫翅发育机制研究提供理论基础,同时为害虫生物防治提供潜在靶标。