小麦吸浆虫保幼激素酯酶和保幼激素环氧水解酶基因的克隆及在滞育和变态发育过程中的表达动态

【目的】保幼激素(juvenile hormone, JH)在小麦吸浆虫Sitodiplosis mosellana滞育诱导及滞育后静息状态的维持中发挥着重要作用。保幼激素酯酶(hormone esterase, JHE)和保幼激素环氧水解酶(juvenile hormone epoxide hydrolase, JHEH)是调控JH滴度的重要降解酶。本研究旨在探讨JHE和JHEH在小麦吸浆虫滞育和变态发育中潜在功能。【方法】通过RT-PCR和RACE技术从小麦吸浆虫滞育前幼虫克隆JHE和JHEH全长cDNA序列;利用生物信息学软件分析其核苷酸及编码蛋白特性;采用qPCR技术分析其在小麦吸浆虫滞育不同时期(滞育前、滞育期、滞育后静息期和滞育后发育)3龄幼虫及1龄幼虫到成虫不同发育阶段(1-2龄幼虫、预蛹、初蛹、中蛹、后蛹、雌成虫和雄成虫)中的表达水平。【结果】克隆获得了cDNA全长分别为3 102和1 980 bp的小麦吸浆虫SmJHE和SmJHEH基因(GenBank登录号分别为MG876768和MG876769),其开放阅读框分别长1 740和1 371 bp,分别编码579和456个氨基酸,预测蛋白分子量分别为65.67和51.65 kD。SmJHE蛋白含有5个JHE家族特有的保守模块,SmJHEH含有催化三联体Asp228, Asp404和His431及组成阴氧离子洞的两个Tyr(Tyr299和Tyr374)和HGWP花样结构。序列比对和进化分析表明,SmJHE和SmJHEH均与双翅目(Diptera)长角亚目(Nematocera)昆虫同源蛋白氨基酸序列一致性较高,亲缘关系最近。不同滞育时期的表达模式表明,SmJHE和SmJHEH在滞育前期(1龄到滞育前的3龄幼虫早期)表达量变化不明显,进入滞育后表达量基本维持恒定,但均在滞育后静息阶段的当年12月至翌年1月最低。发育表达模式表明,幼虫恢复发育后SmJHE表达量逐渐升高,预蛹期达到最高,在雌成虫中的表达量显著低于雄成虫中的;SmJHEH表达量则在预蛹期最低,在雌成虫中最高。【结论】SmJHE和SmJHEH参与小麦吸浆虫滞育调控,其表达量的降低与滞育后静息阶段JH的累积有关;SmJHE在发育过程中表达量的升高可能参与幼虫到蛹的变态,表达量的降低可能与生殖发育有关。     

麦红吸浆虫热激蛋白基因SmHsp40的克隆及其在滞育进程中和极端温度胁迫下的表达

【目的】麦红吸浆虫Sitodiplosis mosellana是一种典型的专性滞育昆虫,滞育过程中经历酷暑和严寒。本研究旨在探讨麦红吸浆虫热激蛋白基因Hsp40在滞育中的作用。【方法】以麦红吸浆虫滞育前幼虫为材料,利用RT-PCR和RACE技术克隆Hsp40全长cDNA序列;利用生物信息学软件分析该基因及其编码蛋白的特性;采用实时荧光定量PCR技术分析其在滞育不同阶段幼虫及越夏滞育幼虫在短期(≤120 min)极端高温(35～50℃)和越冬滞育幼虫在短期极端低温(0～-15℃)胁迫下的表达模式。【结果】克隆获得麦红吸浆虫Hsp40基因,命名为SmHsp40(GenBank登录号:MH001167),其cDNA全长1 553 bp,开放阅读框长为1 074 bp,编码357个氨基酸,相对分子量为40.87 kD,理论等电点为5.31。推导的氨基酸序列中含有Hsp40蛋白家族典型的J结构域和HPD基序。蛋白序列相似性和系统进化关系分析表明,SmHsp40蛋白与冈比亚按蚊Anopheles gambiae等长角亚目(Nematocera)昆虫Hsp40的相似性最高、亲缘关系最近。麦红吸浆虫滞育不同时期幼虫SmHsp40表达量存在显著差异,进入滞育后表达量上调;滞育进程中,夏季7-8月和冬季12月至翌年1月表达量显著高于其他季节。与未处理的对照相比,40℃处理越夏滞育幼虫和-10℃处理越冬滞育幼虫1 h明显诱导SmHsp40的表达,但超过45℃或低于-15℃极端温度处理诱导效果均不明显。【结论】SmHsp40参与了麦红吸浆虫滞育进程,可能在滞育状态的维持及滞育期间耐热和耐寒能力的调控方面起重要作用。     

低温对麦红吸浆虫滞育解除及蜕皮激素受体基因EcR和热激蛋白基因Hsp70和Hsp90表达水平的影响

【目的】本研究旨在明确破茧率和破茧所需时间作为典型的专性幼虫期滞育昆虫麦红吸浆虫Sitodiplosis mosellana滞育解除指标的可行性,探讨蜕皮激素受体基因EcR和热激蛋白基因Hsp70和Hsp90在低温解除滞育中的作用。【方法】9月上旬采自田间的麦红吸浆虫滞育幼虫在低温(4℃)和自然变温处理不同时间(0~90 d)后转移至24℃化蛹,调查幼虫的破茧率、化蛹率及破茧和化蛹所需时间;采用qPCR技术分析4℃低温终止滞育并在24℃下恢复发育的幼虫EcR, Hsp70和Hsp90的mRNA水平。【结果】不同时间低温(4℃)和自然变温处理的麦红吸浆虫滞育幼虫破茧率和化蛹率以及破茧和化蛹所需时间均存在显著差异。未经低温(4℃)处理的幼虫在水分满足的条件下破茧率为71.3%,但均不能化蛹;低温(4℃)处理60 d内,随着处理时间的延长破茧率和化蛹率逐渐升高,破茧和化蛹所需时间逐渐缩短;与4℃低温处理30~60 d相比,自然变温处理30~60 d的幼虫化蛹率显著较低;4℃低温处理60 d和自然变温处理90 d后幼虫的化蛹率均超过91%。低温(4℃)处理显著提高了麦红吸浆虫幼虫EcR, Hsp70和Hsp90的表达量,其中处理30 d时其表达量最高,随着低温(4℃)处理时间的延长,表达量逐渐降低,大部分幼虫滞育解除后表达量趋于恒定。【结论】低温能显著促进麦红吸浆虫的滞育解除,效果优于9-10月自然变温;破茧率及破茧所需时间可作为评判麦红吸浆虫幼虫滞育强度的参考,但不能独立作为滞育解除的指标;EcR,Hsp70和Hsp90的表达水平与滞育强度密切相关,在麦红吸浆虫滞育解除中发挥潜在作用。     

麦红吸浆虫滞育发生和解除过程中总脂和甘油三酯含量变化

【目的】脂类与昆虫滞育密切相关。本研究旨在明确麦红吸浆虫Sitodiplosis mosellana (Géhin)滞育过程中脂类物质含量的变化规律,探讨麦红吸浆虫滞育与脂类物质变化的关系。【方法】采用香兰素硫酸显色法测定了2008年5月－2010年1月不同时间陕西杨凌养虫圃内麦红吸浆虫滞育前、滞育期及滞育解除后幼虫和蛹体内总脂和甘油三酯含量。【结果】 滞育前幼虫总脂和甘油三酯含量分别为378.12和291.67 μg/mg,显著高于整个滞育期（P<0.05）。滞育年周期中,冬季总脂和甘油三酯含量最高,翌年1月结茧幼虫二者含量分别为335.29 和275.72 μg/mg,显著高于其他季节（P<0.05）;整个滞育期间,裸露幼虫和结茧幼虫总脂和甘油三酯随季节变化趋势相同,但同期结茧幼虫含量高于裸露幼虫;滞育当年与第2年同期幼虫总脂和甘油三酯含量差异不显著（P>0.05）。滞育解除后,总脂和甘油三酯含量随着幼虫的发育和变态逐渐降低,其中中蛹和后蛹显著低于活动幼虫（P<0.05）。【结论】麦红吸浆虫滞育不同时期幼虫及蛹总脂和甘油三酯含量存在明显差异,其滞育与脂类物质的含量密切相关。     

麦红吸浆虫蜕皮激素受体（EcR）基因的克隆与表达分析

为了研究蜕皮激素受体（EcR）在麦红吸浆虫Sitodiplosis mosellana (Géhin)滞育活动中的作用, 利用RT PCR和RACE技术克隆得到了麦红吸浆虫蜕皮激素受体基因cDNA全长, 并通过Real-time quantitative PCR研究了其表达情况。该cDNA全长序列被命名为SmEcR （GenBank登录号： KC491135）, 其开放阅读框长1 386 bp, 编码461个氨基酸残基。其蛋白预测分子量52.90 kD, 理论等电点6.24。该蛋白与其他已报道的昆虫EcR蛋白具有很高的同源性, 其中与迟眼蕈蚊Bradysia coprophila中相应蛋白的氨基酸序列一致性高达92%。SmEcR在麦红吸浆虫不同滞育时期和不同虫态中均有表达, 且在不同滞育时期、 不同虫态中的表达量差异很大。在滞育不同时期以11月表达量最高, 12月表达量最低; 在不同虫态以麦穗幼虫中的表达量较低, 而成虫中的表达水平很高。本研究为进一步明确SmEcR在麦红吸浆虫滞育调控中的作用奠定了基础。     

小菜蛾活化蛋白激酶C受体1基因PxyRACK1在变态发育调控中的作用

【目的】活化蛋白激酶C受体1(receptor for activated C kinase 1, RACK1)参与了多细胞生物体中重要的信号传导,调节生物体的生长发育。本研究旨在克隆小菜蛾Plutella xylostella RACK1基因PxyRACK1,调查其表达模式,明确其对小菜蛾化蛹的影响及其机制。【方法】克隆PxyRACK1的全长cDNA,进行生物信息学分析,并利用qPCR检测其在小菜蛾各发育阶段(卵、1-4龄幼虫、预蛹、蛹和成虫)的表达;通过dsPxyRACK1显微注射小菜蛾4龄幼虫进行RNA干扰,并检测RNAi后PxyRACK1及蛹期特异表达基因PxyBr-Z2/3的表达量;统计死亡率、化蛹率、平均化蛹时间以及蛹重。【结果】小菜蛾PxyRACK1(GenBank登录号: MW160739)序列全长为1 148 bp,开放阅读框长960 bp,编码319个氨基酸,具有7个WD40重复序列,每个WD40重复序列包含39~42个氨基酸。PxyRACK1在小菜蛾各发育阶段均有表达,其中4龄第2天幼虫中表达量最高,2日龄蛹中表达量最低。显微注射dsPxyRACK1 24 h后,处理组4龄幼虫中PxyRACK1和PxyBr-Z2/3表达量较对照组(dsGFP注射组)的分别显著降低了36.26%和83.46%,并且显微注射dsPxyRACK1导致试虫死亡率上升、化蛹推迟、化蛹率降低以及蛹重减轻。【结论】结果说明PxyRACK1参与调控小菜蛾蛹期变态发育。本研究为进一步阐明小菜蛾变态发育的信号调控通路及开发新型昆虫生长调节剂提供了思路。     

二化螟滞育生物钟蛋白TIME-EA4基因的克隆及时空和温度诱导表达分析

【目的】生物测时蛋白TIME-EA4是昆虫特有的一种滞育生物钟蛋白。本文旨在克隆二化螟Chilo suppressalis TIME-EA4基因,研究其在二化螟不同发育时期和不同组织中的时空表达模式及在不同田间种群和不同温度诱导下的滞育和非滞育种群中的表达水平。【方法】通过RACE技术克隆二化螟TIME-EA4基因全长c DNA序列,利用荧光定量PCR的方法检测TIME-EA4基因在二化螟不同发育时期、6龄幼虫不同组织中的表达模式,及在不同季节采集的田间种群和不同温度处理1h后的滞育和非滞育种群6龄幼虫中的表达量变化。【结果】从二化螟中克隆获得TIME-EA4的c DNA序列(Gen Bank登录号:KU356855),全长821 bp,开放阅读框516 bp,编码172个氨基酸;TIME-EA4基因在二化螟不同发育时期和不同组织中均有表达,且在早期蛹、雌雄成虫以及6龄幼虫的头部、脂肪体和中肠中表达水平较高,同时在滞育幼虫组织中的表达高于非滞育幼虫。此外,TIME-EA4基因在滞育种群中的表达量是非滞育种群的3倍左右,同时在非滞育种群中,该基因的表达明显受10℃及以下低温的诱导,且在10℃时表达量最高,而在滞育种群中该基因的表达受温度影响不明显。【结论】结果说明TIME-EA4基因与二化螟的抗低温胁迫以及低温滞育相关。本研究为TIME-EA4在农业害虫滞育的分子作用机制研究奠定了基础。     

麦红吸浆虫幼虫不同滞育时期体内山梨醇含量及山梨醇脱氢酶基因表达水平变化

【目的】本研究旨在明确麦红吸浆虫Sitodiplosis mosellana(Géhin)滞育进程中山梨醇含量及山梨醇脱氢酶基因(SmSDH)mRNA表达水平的变化规律,探讨麦红吸浆虫滞育与山梨醇含量及SmSDH表达水平的关系。【方法】分别采用比色法和实时荧光定量PCR方法,对2013年5月-2014年3月不同时间陕西杨凌养虫圃内麦红吸浆虫滞育前后及滞育期幼虫体内山梨醇含量及SmSDH2a和SmSDH2b mRNA表达水平进行分析。【结果】麦红吸浆虫幼虫滞育前山梨醇含量最高(为9.41μg/mg);滞育期间,12月份含量最高(为8.50μg/mg);滞育解除后山梨醇含量为3.25~3.49μg/mg,显著低于滞育前和整个滞育期(P0.05)。山梨醇脱氢酶基因SmSDH2a及SmSDH2b在滞育进程中mRNA表达水平变化趋势相同,且与滞育强度递减趋势一致,即进入滞育后表达水平显著降低(P0.05)并一直稳定在较低水平,滞育解除后逐渐升高并达到最高。滞育期间,同期不同滞育状态幼虫之间山梨醇含量和SmSDH2a表达水平差异不明显,但裸露幼虫SmSDH2b表达水平始终高于结茧幼虫。【结论】山梨醇和SmSDH参与麦红吸浆虫滞育调控,与滞育维持和解除密切相关。     

松毛虫赤眼蜂脂肪酸合酶基因的克隆、表达谱及其在滞育中的功能分析

【目的】本研究旨在克隆松毛虫赤眼蜂Trichogramma dendrolimi脂肪酸合酶(fattty acid synthase, Fas)基因(TdFas),并分析其在滞育中的调控功能,为松毛虫赤眼蜂滞育研究提供新依据。【方法】基于松毛虫赤眼蜂转录组数据,克隆TdFas的cDNA全长序列并进行生物信息学分析。利用RT-qPCR检测TdFas在松毛虫赤眼蜂滞育与非滞育预蛹、蛹和成虫及滞育诱导维持期预蛹和滞育解除期预蛹中的表达量。通过以1 000, 2 000和3 000 ng/μL dsTdFas溶液浸泡松毛虫赤眼蜂幼虫的RNAi方式干扰TdFas的表达,探究其对松毛虫赤眼蜂滞育率及甘油三酯相对含量的影响。【结果】克隆得到松毛虫赤眼蜂TdFas的cDNA序列全长为8 601 bp(GenBank登录号：OP146440),其开放阅读框长7 278 bp,推测编码一个2 426个氨基酸的蛋白,含有一个典型的脂肪酸合酶的β-酮酰还原酶结构域。系统发育分析结果表明,TdFas与膜翅目其他昆虫的FASs亲缘关系较近,其中与短管赤眼蜂Trichogramma pretiosum FAS亲缘关...     

烟草甲clip丝氨酸蛋白酶基因的克隆及其对外源激素和免疫胁迫的表达响应(英文)

【目的】作为细胞外信号级联通路的重要组成部分,含有clip结构域的丝氨酸蛋白酶(clip-domain serine proteases, CLIPs)在昆虫发育和先天免疫过程中起着重要作用。本研究旨在克隆烟草甲Lasioderma serricorne CLIP基因,解析其在烟草甲不同发育阶段和幼虫不同组织中的表达模式,分析其在外源激素20-羟基蜕皮酮(20E)和免疫胁迫后的表达特征,为进一步研究其生理功能奠定基础。【方法】采用RT-PCR技术克隆获得烟草甲两个CLIPs基因(LsCLIP1和LsCLIP2)全长cDNA序列,并利用生物信息学软件预测其编码蛋白的结构和特征,利用MEGA 6.06构建昆虫CLIPs系统发育树;利用实时荧光定量PCR(quantitative real-time PCR, qPCR)研究这两个基因在不同发育阶段［低龄幼虫(卵孵化后24 h内)、高龄幼虫(4龄以上)、蛹(化蛹后48 h以上)、早期成虫(化蛹后24 h内)和晚期成虫(化蛹后7 d)］、5龄幼虫不同组织(表皮、脂肪体、肠道和剩余组织)中以及注射20E(120 ng/幼虫)和来源于大肠杆菌Escherichia coli和金黄色葡萄球菌Staphylococcus aureus的肽聚糖(0.2 μL)后4龄幼虫中的表达模式。【结果】克隆获得烟草甲LsCLIP1和LsCLIP2基因的cDNA全序列,其开放阅读框长度均为1 194 bp,编码397个氨基酸。序列分析显示,其氨基酸序列各自具有一个clip结构域和胰蛋白酶结构域。系统发育分析表明,CLIP1和CLIP2都属于subfamily C CLIPs。qPCR结果表明,LsCLIP1和LsCLIP2基因在所检测的各发育阶段和幼虫各组织中均有表达,分别尤以蛹期和表皮中表达量最高;经20E和肽聚糖诱导后,烟草甲幼虫体内LsCLIP1和LsCLIP2基因的表达量明显提高。【结论】推测LsCLIP1和LsCLIP2可能参与了烟草甲的蜕皮发育和对免疫胁迫的应激响应。本研究将为后续研究昆虫CLIPs的分子调控提供参考。     

管氏肿腿蜂毒液丝氨酸蛋白酶同源物SgSPH对寄主血淋巴酚氧化酶活性的影响

【目的】本研究旨在通过克隆表达管氏肿腿蜂Scleroderma guani毒液丝氨酸蛋白酶同源物(serine protease homologue, SPH)基因SgSPH,探索其编码的毒液蛋白对寄主血淋巴酚氧化酶活性的影响。【方法】利用RT PCR技术克隆管氏肿腿蜂毒液SgSPH基因的开放阅读框(ORF),采用生物信息学软件分析其基因序列结构特征;采用qPCR技术检测该基因在不同发育阶段(卵、低龄幼虫、高龄幼虫、老熟幼虫、吐丝幼虫、黄茧蛹、黑茧蛹和羽化后1-5 d成虫)和雌成虫不同组织(头部、胸部、去除毒液器官的腹部和毒液器官)中的相对表达量;利用载体pSUMO Mut对该基因进行原核表达,用镍亲和层析柱纯化表达的重组蛋白,采用SDS-PAGE和Western blot对获得的重组蛋白进行鉴定;用酶活性测定方法,分析SgSPH重组蛋白对寄主黄粉虫Tenebrio molitor蛹血淋巴酚氧化酶活性的抑制作用。【结果】克隆获得管氏肿腿蜂毒液SgSPH基因(GenBank登录号: MT920663)的ORF,长798 bp,编码265个氨基酸,其中第1-20位氨基酸为信号肽,理论分子量为30.53 kD,等电点为9.59。多序列比对分析表明,SgSPH与其他寄生蜂毒液丝氨酸蛋白酶和SPH具有较低的氨基酸序列一致性(9%~17%),且缺乏保守的催化三联体。qPCR分析表明,SgSPH基因在管氏肿腿蜂成虫阶段和毒液器官中高表达。SDS-PAGE电泳和Western-blot检测发现,成功表达SgSPH重组蛋白,并纯化得到了高纯度SgSPH重组蛋白。酶活性检测结果显示,SgSPH能抑制寄主黄粉虫蛹血淋巴的酚氧化酶活性。【结论】结果提示管氏肿腿蜂毒液SgSPH具有干扰寄主酚氧化酶级联反应的功能。     

葱蝇夏滞育蛹体内DaFOXO1对超氧化物歧化酶基因表达及蛹发育历期的调控作用(英文)

【目的】本研究旨在调查葱蝇Delia antiqua夏滞育蛹体内DaFOXO1对超氧化物歧化酶(SOD)基因表达及蛹发育历期的调控作用。【方法】从葱蝇转录组数据中鉴定DaFOXO1下游铜锌超氧化物歧化酶基因DaCu/Zn SOD和锰超氧化物歧化酶基因DaMn SOD;利用生物信息学工具对DaCu/Zn SOD和DaMn SOD的氨基酸序列特征、亚细胞定位和系统发育关系进行分析。通过qRT-PCR方法分析DaFOXO1, DaCu/Zn SOD和DaMn SOD基因在葱蝇夏滞育蛹不同发育阶段的表达特点;进一步分析DaFOXO1基因被干扰后,葱蝇夏滞育蛹中DaCu/Zn SOD和DaMn SOD基因的表达特点、酶活性变化及对葱蝇夏滞育蛹发育历期的影响。【结果】鉴定到的葱蝇DaCu/Zn SOD(GenBank登录号: KR072551)的开放阅读框长459 bp,编码153个氨基酸,预测蛋白分子量为22.4 kD,等电点为6.44,属于细胞质型铜锌超氧化歧化酶;DaMn SOD(GenBank登录号: KR072549)的开放阅读框长648 bp,编码216个氨基酸,预测蛋白分子量为24.4 kD,等电点为8.85,属于线粒体型锰超氧化物歧化酶。氨基酸序列比对结果显示,DaCu/Zn SOD和DaMn SOD与其他10种双翅目昆虫的同源蛋白有75%~94%的氨基酸序列一致性,且具有典型的SOD家族序列特征;系统发育分析显示它们与铜绿蝇Lucilia cuprina同源蛋白形成高支持率的一支。qRT-PCR分析表明,DaFOXO1基因在滞育前期和滞育后期的表达量较高,而在滞育期的表达量低; DaCu/Zn SOD基因在滞育期和滞育后期呈高表达;但DaMn SOD基因在滞育前期和滞育期的表达量最高,在滞育后期次之。干扰DaFOXO1可显著抑制DaCu/Zn SOD和DaMn SOD的基因表达及相应酶活性,并能明显延长夏滞育蛹的滞育期。【结论】结果说明,DaCu/Zn SOD和DaMn SOD是FOXO1信号网络中的重要成员;DaFOXO1对葱蝇夏滞育蛹蛹期有重要调控作用。     

草地贪夜蛾海藻糖合成酶基因的克隆、时空表达谱及对温度胁迫的响应

【目的】本研究旨在通过克隆草地贪夜蛾Spodoptera frugiperda的海藻糖合成酶(trehalose-6-phosphate synthase)基因SfTPS,分析其在草地贪夜蛾不同发育阶段、不同组织中的表达水平及不同温度胁迫时5龄幼虫中的相对表达量,为进一步探究TPS在草地贪夜蛾生长发育及抗逆应激反应中的功能奠定基础。【方法】运用RT-PCR技术克隆草地贪夜蛾SfTPS的全长编码区,并进行生物信息学分析。运用RT-qPCR技术检测SfTPS在草地贪夜蛾不同发育阶段(卵、1-6龄幼虫、蛹和成虫)、5龄幼虫不同组织(体壁、中肠和脂肪体)中和经短期(2, 4和8 h)高(35℃)低温(10℃)胁迫后5龄幼虫中的表达变化。【结果】克隆获得2 571 bp的草地贪夜蛾TPS cDNA序列,命名为SfTPS(GenBank登录号： MT920672),全长开放阅读框(ORF)长2 481 bp,编码的826个氨基酸具有TPS和TPP两个保守结构域。同源比对和系统进化分析表明,昆虫TPS蛋白具有较高的保守性,SfTPS与斜纹夜蛾S. litura的TPS亲缘关系最近,序列一致性达到99.15%。SfTPS中α-螺旋、β-折叠和无规则卷曲占比分别为38.14%, 12.23%和48.55%;SfTPS的三级结构为同源二聚体。RT-qPCR结果表明,SfTPS在草地贪夜蛾卵期和1-5龄幼虫期低表达,在6龄幼虫期、蛹期和成虫期高表达,且草地贪夜蛾变态前后SfTPS的表达量变化较大。组织分布结果显示,SfTPS在5龄幼虫脂肪体中表达量最高。草地贪夜蛾5龄幼虫经2~8 h低温(10℃)和高温(35℃)胁迫后,SfTPS的相对表达量显著高于对照(25℃),分别为对照的4.43~9.34和2.50~6.03倍。【结论】SfTPS基因在草地贪夜蛾生长发育过程及抵御高低温度胁迫中可能具有重要作用。     

斜纹夜蛾蜕皮激素合成通路相关CYP450基因的鉴定及表达分析

【目的】本研究旨在探讨蜕皮激素合成通路相关CYP450基因的表达规律,为害虫防治提供潜在的作用靶标。【方法】以家蚕Bombyx mori CYP450基因为查询序列,通过同源比对的方法从斜纹夜蛾Spodoptera litura基因组中鉴定蜕皮激素合成代谢通路中的CYP450基因,并构建其系统进化树;采用qPCR法检测鉴定的CYP450基因在斜纹夜蛾不同发育阶段(6龄幼虫、预蛹和蛹)、这3个发育阶段的不同组织(中肠、表皮和脂肪体)以及4龄幼虫取食不同寄主植物(辣椒Capsicum annuum、黄瓜Cucumis sativus、番薯Ipomoea batatas和花生Arachis hypogaea)叶片后5龄幼虫中肠中的表达量,计算4龄幼虫取食不同寄主植物叶片后发育至蛹的历期;应用PITA, miRanda, microTar和RNAhybrid 4种软件,预测调控鉴定的CYP450基因的微小RNA (miRNA)。【结果】鉴定到斜纹夜蛾蜕皮激素合成通路相关的6个直系同源CYP450基因CYP307A1, CYP306A1, CYP302A1, CYP315A1, CYP314A1和CYP18A1;系统进化树显示,斜纹夜蛾这6个CYP450基因分别归属于CYP2和线粒体CYP两个亚家族。CYP306A1, CYP314A1和CYP18A1分别在6龄幼虫、预蛹和蛹期具有最高的表达量,并且分别在6龄幼虫中肠、预蛹脂肪体和蛹表皮中表达量最高。相比取食人工饲料的对照组,4龄幼虫取食番薯和花生叶片后斜纹夜蛾4龄幼虫发育至蛹的历期显著延长, CYP306A1在5龄幼虫中肠中的表达量显著上调。在CYP307A1,CYP315A1, CYP314A1和CYP18A1上鉴定出了多种miRNA结合位点。【结论】蜕皮激素合成代谢通路中,CYP306A1,CYP314A1和CYP18A1可能分别在斜纹夜蛾幼虫、预蛹和蛹期起着关键的调控作用,同时也参与宿主植物次生代谢产物的解毒代谢,并且受到miRNA的严密调控。研究结果不仅有助于深入理解昆虫变态发育调控的复杂机制,还为将来的害虫防治提供了潜在的作用靶标,有利于斜纹夜蛾等害虫的可持续治理。     

Cloning and characterization of a novel 3-hydroxy-3-methylglutaryl coenzyme A reductase gene from Salvia miltiorrhiza involved in diterpenoid tanshinone accumulation

The 3-hydroxy-3-methylglutaryl-CoA reductase (HMGR) catalyzes the conversion of HMG-CoA to mevalonate (MVA), which is a rate-limiting step in the isoprenoid biosynthesis via the MVA pathway. In this study, the full-length cDNA encoding HMGR (designated as SmHMGR2, GenBank accession no. FJ747636) was isolated from Salvia miltiorrhiza by rapid amplification of cDNA ends (RACE). The cloned gene was then transformed into the hairy root of S. miltiorrhiza, and the enzyme activity and production of diterpenoid tanshinones and squalene were monitored. The full-length cDNA of SmHMGR2 comprises 1959 bp, with a 1653-bp open reading frame encoding a 550-amino-acid protein. Molecular modeling showed that SmHMGR2 is a new HMGR with a spatial structure similar to other plant HMGRs. SmHMGR2 contains two HMG-CoA-binding motifs and two NADP(H)-binding motifs. The SmHMGR2 catalytic domain can form a homodimer. The deduced protein has an isoelectric point of 6.28 and a calculated molecular weight of approximately 58.67 kDa. Sequence comparison analysis showed that SmHMGR2 had the highest homology to HMGR from Atractylodes lancea. As expected, a phylogenetic tree analysis indicates that SmHMGR2 belongs to plant HMGR group. Tissue expression pattern analysis shows that SmHMGR2 is strongly expressed in the leaves, stem, and roots. Functional complementation of SmHMGR2 in HMGR-deficient mutant yeast JRY2394 demonstrates that SmHMGR2 mediates the MVA biosynthesis in yeasts. Overexpression of SmHMGR2 increased enzyme activity and enhanced the production of tanshinones and squalene in cultured hairy roots of S. miltiorrhiza. Our DNA gel blot analysis has confirmed the presence and integration of the associated SmHMGR2 gene. SmHMGR2 is a novel and important enzyme involved in the biosynthesis of diterpenoid tanshinones in S. miltiorrhiza.     

松墨天牛漆酶基因MaLac1的克隆、原核表达及表达谱分析

【目的】本研究旨在克隆并鉴定松墨天牛Monochamus alternatus内源漆酶基因MaLac1,分析其在松墨天牛不同发育阶段的表达水平,为进一步明确MaLac1功能提供依据。【方法】基于松墨天牛肠道转录组测序数据,通过RACE克隆松墨天牛MaLac1基因的全长cDNA序列,并对其进行生物信息学分析;将该基因与pET-32a载体链接构建表达载体pET-MaLac1,导入大肠杆菌Escherichia coli Rosetta (DE3)使其表达;使用qPCR检测MaLac1基因在松墨天牛不同发育阶段(低龄幼虫、老熟幼虫、蛹、雌成虫和雄成虫)肠道中的表达差异。【结果】克隆获得松墨天牛MaLac1的cDNA全长序列(GenBank登录号:KY073340)。MaLac1开放阅读框全长2 067 bp,编码一个含688个氨基酸的蛋白质,预测分子量为78.34 kD,等电点为5.30。SignalP 4.1 Server预测MaLac1在N端包含一个15个氨基酸的信号肽。序列比对分析表明,MaLac1具有典型的昆虫漆酶基因特征,与赤拟谷盗Tribolium castaneum漆酶基因的氨基酸序列一致性达93%。SDS-PAGE检测发现IPTG诱导表达了一条大约78 kD的特异蛋白条带,与推测大小一致。qPCR结果显示,MaLac1在不同发育阶段的松墨天牛肠道中均有表达,其中,在雌成虫肠道中表达量最高,在雄成虫肠道中的次之,在幼虫肠道中的最低。【结论】MaLac1在松墨天牛成虫中表达量显著高于其在幼虫中的,这一结果可能与幼虫和成虫的取食习性差异相关。MaLac1在松墨天牛体内的功能还有待进一步研究。