松墨天牛OBP基因MaltOBP2和MaltOBP6的克隆、序列分析及组织表达谱和原核表达研究

【目的】本研究旨在探索松墨天牛Monochamus alternatus Hope在嗅觉识别寄主植物过程中扮演重要角色的气味结合蛋白(odorant binding proteins,OBPs)的结构及功能。【方法】利用生物信息学方法对得到的Malt OBP2和Malt OBP6基因序列和蛋白结构进行分析,并通过实时荧光定量PCR分析Malt OBP2和Malt OBP6在松墨天牛雄虫不同组织和时空中的表达差异,利用p ET32a(+)原核表达载体对Malt OBP2和Malt OBP6进行了诱导蛋白表达。【结果】本研究得到两个松墨天牛气味结合蛋白基因——Malt OBP2(Gen Bank登录号:KP120891)和Malt OBP6(Gen Bank登录号:KP120892),ORF长度分别为402 bp和408 bp,翻译的氨基酸序列均含有4个保守的半胱氨酸位点,表明得到的两个OBP基因的编码蛋白均属于Minus-C OBP亚家族;推导的两个OBP蛋白均有6个α螺旋区域,且α螺旋区域在两个蛋白的位置非常相似,但是两个OBP蛋白推测的配体结合位点和位点极性却完全不同。组织表达模式表明,Malt OBP2和Malt OBP6在成虫头部、触角、下颚(唇)须、腹部末端和足中均有表达,表达程度不一,但都在头部显著表达,触角中的表达量相比其他组织中较低或只是持平。发育表达结果表明,Malt OBP2在蛹触角中的表达量最高,而Malt OBP6在幼虫头部的表达量最高。本研究成功构建了原核表达载体p ET32aMalt OBP2和p ET32a-Malt OBP6,并进行了OBP蛋白诱导表达,低温(16℃和20℃)条件利于蛋白表达在上清液中,延长诱导表达时间(12 h)可以增加蛋白的表达量。【结论】本研究从松墨天牛体内得到了Minus-C OBP蛋白亚家族的两个基因Malt OBP2和Malt OBP6,通过配体结合位点推测它们具有不同的生理功能;通过组织表达谱结果推测这两个OBP基因在松墨天牛中的功能不仅仅局限于嗅觉识别,或还有味觉感受、化学感受等其他生理功能。本研究结果为两个OBP蛋白的结构和功能研究奠定了基础,为探索松墨天牛的化学感受机制提供了条件。     

松墨天牛表皮蛋白基因的克隆及表达分析

【目的】本研究旨在探索松墨天牛Monochamus alternatus Hope中昆虫表皮蛋白（ICP）基因在幼虫各组织中和不同发育阶段的时空表达模式。【方法】用cDNA末端快速扩增方法(rapid amplification of cDNA ends, RACE) 克隆了松墨天牛表皮蛋白基因,用实时荧光定量PCR分析了该基因在幼虫体内和不同虫态中的表达。【结果】克隆获得的松墨天牛幼虫表皮蛋白基命名为MoalICP（GenBank 登录号：AGX00998.1）,开放阅读框长408 bp,编码135个氨基酸,推测得到的蛋白的分子量为14.51 kDa。由MoalICP推导的蛋白与桑天牛Apriona germari ICP (AAM66718.1)氨基酸序列一致性为79%;与丽蝇蛹集金小蜂Nasonia vitripennis ICP (NP_001161297.1)、果蝇Drosophila mojavensis ICP (XP_002005461.1)、玉带凤蝶Papilio polytes ICP (BAM18876.1)等19种昆虫表皮蛋白的氨基酸序列一致性在35%~45%之间;在第10-26位氨基酸位处含有一个跨膜片段。MoalICP在幼虫头、体壁、脂肪体、血细胞、中肠和马氏管均有表达;在蛹和成虫中的表达量分别是在幼虫中的44%和161%。【结论】MoalICP与其他昆虫有较高的氨基酸序列一致性。MoalICP在松墨天牛幼虫内广泛表达;在各个发育阶段中,以成虫中的表达量最高。本文为进一步研究松墨天牛表皮蛋白基因的生理功能和松墨天牛的表皮化学奠定基础。     

草菇漆酶基因vv-lac1和vv-lac6的克隆及异源表达

【目的】克隆草菇漆酶基因vv-lac1和vv-lac6的全长cDNA,证实其编码的蛋白具有漆酶活性,最终建立草菇漆酶基因的异源表达及纯化体系。【方法】利用RACE技术克隆全长cDNA序列,并利用生物信息学技术进行序列分析,在此基础上,去除全长cDNA的编码信号肽的序列并在3'端添加His-tag碱基序列,把修饰后的cDNA片段克隆到表达载体pPIC9K上,并转化到毕赤酵母GS115中进行表达,对重组蛋白利用Ni柱进行分离纯化并以ABTS底物法检测重组蛋白的漆酶活性。【结果】vv-lac1和vv-lac6的全长cDNA的长度分别为1599 bp和1554 bp,且分别含有19和15个外显子;其编码的蛋白的理论分子量分别是57.3 kDa和56.3 kDa,理论等电点分别为4.73和5.62,且都属于分泌型的胞外蛋白;表达出的重组蛋白RBvvlac1和RBvvlac6,其分子量大小约为70 kDa,说明存在翻译后修饰;含有150 mmol/L咪唑的缓冲液对RBvvlac1和RBvvlac6发酵液进行洗脱所得到的蛋白溶液具有最高漆酶活性(333.17 U/L和227.63 U/L)。【结论】草菇漆酶基因vv-lac1和vv-lac6能够编码有活性的漆酶蛋白,本研究建立的异源表达及纯化体系适用于草菇或其它漆酶基因的异源表达与纯化。     

通粳1号水稻乙醛脱氢酶基因的克隆及原核表达

目的：克隆通粳1号水稻乙醛脱氢酶（aldehyde dehydrogenase,ALDH）基因,并在大肠杆菌中进行体外表达。方法：提取通粳1号水稻幼根总RNA,RT-PCR法扩增ALDH基因开放阅读框架片段,双酶切后连接至pET5a表达质粒中,转化BL21（DE3）宿主菌,平板培养筛选,挑取阳性菌落并提取质粒,酶切、电泳鉴定插入片段并测定其序列。含重组质粒的BL21（DE3）进行常规LB扩大培养,用不同浓度的IPTG作用不同时间进行诱导表达,SDS-PAGE检测表达产物。结果：质粒中插入的ALDH片段为1668bp,含有完整的开放阅读框架,序列与GenBank比较无差异,插入方向正确无误,表达蛋白分子量为61.8kDa左右,符合预期值,IPTG最佳诱导时间为3h,0.1mmol/L～0.8mmol/L浓度的IPTG作用效果无显著差异。结论：该基因的成功克隆和表达为进一步研究水稻中ALDH的作用和应用生物工程法大量获得ALDH奠定基础。     

小鼠Klf4基因的克隆及原核表达分析

目的克隆Klf4基因并对其重组蛋白进行原核表达及分析。方法提取胎鼠皮肤mRNA后反转录为cDNA序列,用一对两端引入特定酶切位点引物,从该cDNA中扩增出Klf4基因编码区序列,将其克隆到pEasy-T3载体上。对质粒双酶切并回收其中Klf4基因片段后,克隆入pET-52b（＋）载体后转化Origmai B（DE3）型大肠杆菌,用IPTG诱导表达,最后采用SDS-PAGE对重组蛋白进行鉴定及分析。结果对所克隆的Klf4mRNA蛋白编码区的DNA序列分析表明,klf4CDS区包括终止密码子在内为1452 bp,与参照序列对比仅有四处存在差异,不仅其同源性达到99.72%,且其氨基酸序列同源性为100%;在IPTG诱导下pET-52b（＋）-Klf4重组质粒可表达与预期相符的约为57×103的蛋白质;经IPTG刺激后重组蛋白表达明显上调,其中IPTG为0.4 mol/L时效果最佳。结论从胎鼠皮肤中克隆的Klf4基因可在原核中表达。     

棉铃虫激活增强子结合蛋白AP-4基因的原核表达、多克隆抗体制备、表达谱分析及功能鉴定

【目的】激活增强子结合蛋白4(activating enhancer binding protein 4, AP-4)是近年来备受关注的一类功能广泛的转录因子,参与Wnt/β-catenin信号通路的调控。本研究旨在研究棉铃虫Helicoverpa armigera HaAP-4基因的原核表达并制备多克隆抗体,明确HaAP-4基因的时空表达谱,初步探究HaAP-4对棉铃虫胆固醇载体蛋白2(sterol carrier protein-2, SCP-2)基因(HaSCP-2)表达的调控作用。【方法】通过PCR扩增棉铃虫HaAP-4基因片段,将其克隆至pET-28a原核表达载体,转化至大肠杆菌Escherichia coli BL21,经IPTG诱导表达,采用镍柱纯化重组蛋白,免疫新西兰兔制备多克隆抗体。运用RT-qPCR检测HaAP-4基因在棉铃虫不同发育阶段(卵、幼虫、预蛹、蛹和成虫)以及5龄幼虫和预蛹不同组织(中肠、脂肪体、头和表皮)中的表达水平。设计并合成HaAP-4 siRNA,转染棉铃虫Ha细胞,通过RT-qPCR检测和分析使用HaAP-4 siRNA进行RNA干扰后Ha细胞中HaAP-4和HaSCP-2基因 mRNA的表达情况。【结果】成功构建pET-28a-HaAP-4重组表达质粒,在大肠杆菌细胞中获得高效表达的可溶性蛋白,目的蛋白大小约为55 kD,经纯化获得了纯度较高的重组蛋白,免疫新西兰兔成功制备了多克隆抗体,通过Western blotting检测显示抗体具有较好的特异性,ELISA分析表明抗体效价较高。发育阶段特异性表达结果显示,HaAP-4基因在棉铃虫不同发育阶段均有表达,其中在卵期、5龄幼虫期和预蛹期的表达量较高。组织表达结果表明,HaAP-4基因在5龄幼虫和预蛹不同组织中均有表达,且在中肠和头部具有高表达,而在表皮和脂肪体中表达量较低。RNA干扰实验发现,HaAP-4基因的敲降对HaSCP-2基因转录有显著影响,HaSCP-2基因mRNA表达水平下降了约55%。【结论】利用pET-28a原核表达系统能有效地在体外表达可溶性的HaAP-4,并制备了较好的多克隆抗体。RNAi实验结果提示,在中肠内高表达的HaAP-4基因能促进HaSCP-2基因的转录表达,在棉铃虫脂质生理代谢过程中发挥作用。本研究为进一步深入阐明棉铃虫HaAP-4的潜在功能打下了基础。     

牦牛OB基因的克隆及原核表达

肥胖基因(obese gene,OB gene)表达产物瘦蛋白(leption)具有调节体重、影响动物生长和繁殖率等一系列生物学功能。通过牦牛脂肪组织总RNA的提取,利用RT-PCR克隆出牦牛OB基因的成熟肽cDNA,构建OB基因的原核表达载体OB-pET32a(+),在大肠杆菌表达系统使融合蛋白表达,通过SDS-PAGE检测所表达的融合蛋白。结果表明,克隆的OB基因成熟肽片段为456 bp包含EcoR I和BamH I两个酶切位点,与普通牛、瘤牛该基因的相似性达98.6%。原核表达产物为包涵体形态,大小为31 kD,符合预期结果,为OB基因的高效表达系统的构建奠定基础。     

大肠杆菌glgC基因的克隆及原核表达

以大肠杆菌BL21染色体DNA为模板,根据glgC基因的全序列设计了1对引物,在优化的PCR反应条件下扩增出了glgC基因片段,测序结果显示该片段大小为1296 bp,编码432个氨基酸残基。将该基因克隆到原核表达载体pET-28a-c( )中,重组载体pET-glgC转化至大肠杆菌BL21(DE3),经IPTG诱导后,SDS-PAGE电泳鉴定,得到了与理论推算的glgC基因表达产物分子质量(约53 kD)相符的特异蛋白条带。     

松毛虫赤眼蜂一氧化氮合酶基因的克隆、原核表达及在不同滞育阶段的表达谱分析

【目的】本研究旨在克隆松毛虫赤眼蜂Trichogramma dendrolimi一氧化氮合酶(NOS)基因,表达其编码蛋白,并探究其在松毛虫赤眼蜂滞育过程中的表达模式,为松毛虫赤眼蜂滞育研究提供新依据。【方法】通过转录组数据分析获得松毛虫赤眼蜂一氧化氮合酶基因TdNOS cDNA序列,使用qPCR方法检测其在松毛虫赤眼蜂不同滞育阶段预蛹和蛹中的表达量。使用RT-PCR方法扩增TdNOS cDNA序列并通过生物信息学方法分析其序列特征。构建TdNOS的原核表达载体,利用大肠杆菌Escherichia coli表达系统表达重组TdNOS蛋白,通过Ni-NTA琼脂糖亲和层析纯化,并用于制备多克隆抗体。利用Western blot进一步检测TdNOS在松毛虫赤眼蜂不同滞育阶段的表达量。通过质谱鉴定纯化的目标蛋白。【结果】qPCR分析表明,TdNOS在松毛虫赤眼蜂滞育解除后蛹期的相对表达量显著高于其他阶段的。克隆获得松毛虫赤眼蜂TdNOS cDNA序列(GenBank登录号:MN650600),开放阅读框(ORF)序列长1 014 bp,编码337个氨基酸,无信号肽序列,不含跨膜结构,预测有33...     

金钗石斛过氧化物酶基因的克隆及原核表达

为了获得金钗石斛(Dendrobium nobile)过氧化物酶基因(命名为DnPOD)编码序列,分析该基因的分子特征,掌握该基因原核表达数据,本研究采用同源克隆的方法,以金钗石斛cDNA为模板,设计基因特异性引物克隆DnPOD基因,分析了DnPOD基因结构,将重组质粒pET28α-DnPOD在BL21 (DE3)菌株...     

松褐天牛的交配行为

采用室内试验和野外观察相结合的方法,对松材线虫病的主要媒介昆虫松褐天牛Monochamus alternatus Hope的交配行为进行了研究。结果表明： 松褐天牛一次完整的交配包括相遇抱对、插入输精和配后保护3个阶段,在交配过程中雄虫有多次插入输精现象发生。室内试验中共观察到松褐天牛的交配123次,松褐天牛一次完整的交配过程平均需时63.49 min,其中输精前的抱对时间平均为1.68 min,交配过程中每次输精插入时间平均为57.60 s,配后保护时间为15.18 min。松褐天牛在开始交配的4天内平均交配5.15次,不同雄性个体所获得的交配机会差异很大。松褐天牛的交配行为表现出强烈的雄性竞争现象,雄虫能根据雌虫或自身的交配经历调整交配投入,当雌虫或者雄虫是初次交配时,总输精时间和插入输精的次数显著大于与有交配经历的雌虫或雄虫交配时的输精时间和插入输精次数。田间松褐天牛的交配行为与室内观察结果基本一致。     

携带与未携带松材线虫的松墨天牛转录组差异表达基因分析

【目的】本研究旨在建立携带与未携带松材线虫Bursaphelenchus xylophilus的松墨天牛Monochamus alternatus成虫各组织的转录组数据库,揭示松墨天牛对松材线虫响应的转录组整体表达特征。【方法】以携带和未携带松材线虫的松墨天牛成虫的表皮、气管和脂肪体为材料,采用Illumina HiSeq^TM 2000测序平台开展转录组测序,利用Trinity软件对RNA-Seq数据进行从头组装,利用NCBI数据库进行基因注释。通过DEG-Seq分析携带和未携带松材线虫的松墨天牛成虫中的差异表达基因,对上调表达基因进行GO和KEGG代谢途径富集分析,并通过实时荧光定量PCR技术对部分差异表达的基因包括ENV, CDK1, HSP70-C, HSP70, HSP75, DUO, PABPN1和IGFP基因的表达水平进行验证。【结果】测序过滤后共获得55 059条单基因簇(unigene),平均长度为1 536 bp。将unigene与数据库中的序列进行BLASTX比对,成功注释24 354条unigenes,其中4 022条unigene在GO数据...     

鱼藤酮对松墨天牛产卵和取食行为的影响

为探索松墨天牛防治的新方法,实验了鱼藤酮对松墨天牛产卵和取食行为的影响及鱼藤酮对松墨天牛5龄幼虫的触杀作用。结果表明,鱼藤酮对松墨天牛具有显著的产卵忌避作用和成虫取食的干扰作用。产卵忌避作用和拒食作用随鱼藤酮浓度的增大而增强,处理浓度为1 000 mg/L时,鱼藤酮对成虫的产卵忌避率为75.63 %,处理后12 h松墨天牛的选择性和非选择性拒食率分别为72.91%和69.50%。鱼藤酮对松墨天牛5龄幼虫的触杀作用不明显。因此,利用鱼藤酮防治松墨天牛,一方面可以通过抑制其取食减少松材线虫的传播;另一方面通过忌避产卵可减少下代虫口。     

Application of harmonic radar to analyze dispersal behavior of the Japanese pine sawyer beetle,Monochamus alternatus (Coleoptera: Cerambycidae)

Monochamus alternatus (Hope) is a severe wood‐boring pest in coniferous forests and a major vector of pine wilt disease in East Asia. Harmonic radar is a powerful tool for studying the dispersal behavior of insects and it could be applied to control pine wilt disease. In this study, we validated the application of harmonic radar for analyzing the dispersal behavior of M. alternatus beetles in a field environment. We determined the wing capacities of the beetles and the effects of electronic tagging and marking on their movement, flight ability, survivorship, and food consumption in the laboratory to confirm the suitability of this technique. The detection rate and recovery rate for beetles were analyzed separately using radar on caged pine stands and in the field environment. The results showed that the minimum wing capacity of the Japanese pine sawyer was 24.9 mg, which was seven times the weight of the electronic tag (3.5 mg). Marking and tagging the beetles had no significant adverse effects on their movement, flight capacity, food consumption, and survivorship. The detection rate using the radar system and recovery rate based on visual observations of the beetles in caged pines were both 95.6%. However, in the field environment, the detection and recovery rates were only 55.6% and 37.8% after one week, respectively, and 33.3% and 7.8% after two weeks. Harmonic radar is a promising technique for studying the dispersal behavior of the Japanese pine sawyer, but its performance is not satisfactory and major improvements are required for both the radar system and electronic tags.     

松墨天牛对寄主树木的产卵选择

在室内采用选择行为方法,研究了松墨天牛Monochamus alternatus对几种松属植物的产卵选择行为。结果表明,松墨天牛对黑松Pinus thunbergii的选择性最强,对马尾松P.massoniana的选择性最弱,二者间差异显著,它们与火炬松P. taeda和湿地松P. elliottii间无明显差异。在黑松和马尾松的被松材线虫危害木与健康木之间,松墨天牛明显选择被害木产卵;具产卵痕枝段和虫粪处理过的枝段,对松墨天牛的产卵有显著抑制作用,松墨天牛明显地选择对照枝段产卵。     

松褐天牛球孢白僵菌高毒力航天诱变菌株的筛选

【目的】松褐天牛Monochamus alternatus是我国松材线虫病Bursaphelenchus xylophilus的主要媒介昆虫。为了更好地开发利用松褐天牛病原微生物球孢白僵菌Beauveria bassiana, 本研究通过航天搭载诱变及室内筛选, 获得球孢白僵菌高毒力诱变菌株。【方法】将经神舟八号飞船航天搭载诱变后的孢子稀释液涂布在PDA平板上培养,获得单菌落菌株,进而筛选获得高毒力诱变菌株。观察所获9个航天诱变菌株的菌落形态、菌落生长速度、产孢量、孢子萌发率及抗高温胁迫能力等生物学特性, 在此基础上筛选出生物学性状优良的菌株B159, B252和B305, 并进一步对松褐天牛4龄幼虫进行生物测定。再通过撒菌粉和注射菌液方法, 检验B252和B305对松木段内松褐天牛幼虫的杀虫效果。【结果】球孢白僵菌航天诱变菌株的生物学特性与野生型菌株cfcc81357存在分化。9个航天诱变菌株的菌落形态发生了不同程度的改变,6个菌落生长速率出现负向变异,仅诱变菌株B159, B252和B305能产生分生孢子。航天诱变菌株B252和B305在浓度为1.0×107 cfu/mL时对松褐天牛4龄幼虫的校正死亡率均为100%, 半致死中时(LT₅₀)分别为8.08和8.56 d, 明显优于野生型菌株, 显示出对松褐天牛的极强毒力。使用撒菌粉和孢子液体注射方法, 诱变菌株B252和B305对松木段内松褐天牛幼虫死亡率比野生型菌株高。【结论】诱变菌株B252和B305可能是优良菌株, 对生物防治松褐天牛方面有潜在的实用价值。     

松墨天牛化学感受组织荧光定量PCR内参基因的鉴定与筛选

【目的】本研究拟选择适合用于分析松墨天牛Monochamus alternatus化学感受组织中基因表达的内参基因。【方法】依据转录组测序结果进行内参基因鉴定,利用RT-q PCR技术分析内参基因在松墨天牛不同发育阶段和不同性别化学感受组织间的表达差异,并利用软件ge Norm,Norm Finder和Best Keeper比较其表达的稳定性。【结果】松墨天牛转录组中鉴定出9个候选内参基因(Actin,TUB,18S rRNA,RPS27A,RPS3,RPL10,AK,GAPDH和EF1A),其中后7个候选内参基因在松墨天牛中被首次鉴定,松墨天牛候选内参基因和其他昆虫相应基因的同源性很高。9个候选内参基因引物均具有良好的扩增效率,18S rRNA的表达水平最高,EF1A的表达水平最低;18S rRNA和Actin在不同样品间的表达水平差异最大,GAPDH和TUB表达水平在不同样品间差异最小。ge Norm和Norm Finder软件分析认为,GAPDH是最稳定的内参基因,TUB是较为稳定的内参基因,18S rRNA和Actin是最不稳定的内参基因;Best Keeper软件分析认为,GAPDH和TUB是合适的内参基因,18S rRNA和Actin是不适合的内参基因。最适合校正松墨天牛化学感受组织中基因表达数据的内参基因数量为2个,即GAPDH和TUB,并且这样的内参基因组合可以用于不同发育阶段和不同性别的不同化学感受组织。【结论】本研究结果为利用RT-q PCR技术准确分析松墨天牛和其他天牛基因包括化学感受组织基因相对表达量的内参基因选择提供了重要参考。     

室内条件下莱氏猛叩甲对松墨天牛和黄粉虫的捕食能力

【目的】本研究旨在明确莱氏猛叩甲Tetrigus lewisi老熟幼虫分别对黄粉虫Tenebrio molitor和松墨天牛Monochamus alternatus末龄幼虫和蛹的捕食量的差异,评估莱氏猛叩甲的捕食能力,为松墨天牛M.alteratus的有效治理找到潜在的高效生物防治因子。【方法】于2014年11月在浙江富阳昌东村马鞍山砍下松墨天牛虫害木,通过林间野外调查,明确松墨天牛和莱氏猛叩甲的发生情况;将野外采集到的莱氏猛叩甲幼虫带回室内,分别饲喂黄粉虫和松墨天牛的末龄幼虫和蛹,每天记录捕食量,确定莱氏猛叩甲的捕食能力。【结果】野外调查中,我们在松墨天牛幼虫蛀食的坑道中发现了莱氏猛叩甲幼虫和松墨天牛幼虫被取食后的残体;在采集到1 094头松墨天牛幼虫的危害木内,共采得莱氏猛叩甲末龄幼虫36头,约为松墨天牛幼虫数量的3%。室内捕食实验表明,5 d内莱氏猛叩甲捕食黄粉虫幼虫总量为3.2头,平均每天捕食约0.6头,而捕食松墨天牛幼虫总量为8.0头,平均每天捕食约1.6头,莱氏猛叩甲对松墨天牛的总捕食量显著高于对黄粉虫幼虫的总捕食量(P0.0001);4 d内莱氏猛叩甲捕食黄粉虫蛹总量为5.6头,平均每天捕食约1.4头,而捕食松墨天牛蛹总量为7.8头,平均每天捕食约2.0头,莱氏猛叩甲对松墨天牛蛹的捕食量显著高于黄粉虫蛹(P=0.028)。回归分析还表明,莱氏猛叩甲幼虫的捕食量不受叩甲个体大小的影响。【结论】莱氏猛叩甲普遍分布在松墨天牛发生区,同时发现松墨天牛被取食后的残体,表明莱氏猛叩甲是松墨天牛的捕食性天敌。莱氏猛叩甲均能捕食黄粉虫和松墨天牛的幼虫和蛹;相比于捕食黄粉虫,莱氏猛叩甲对松墨天牛的幼虫和蛹具有更好的捕食效率,具有很好的生物防治前景,是未来松墨天牛治理潜在高效生物防治因子。