褐飞虱Nl15基因的克隆及功能分析

【目的】植食性刺吸式口器昆虫的唾液蛋白参与调控植物抗虫防御反应,影响其对寄主植物的适应性。本研究旨在通过克隆褐飞虱Nilaparvata lugens重要唾液蛋白基因Nl15,调查其时空表达模式,明确其在褐飞虱致害性中的作用。【方法】基于褐飞虱IR56种群转录组数据,用RT-PCR克隆褐飞虱基因Nl15 cDNA序列,并进行生物信息学分析。利用qPCR检测其在褐飞虱TN1和IR56种群不同发育阶段(卵、1-5龄若虫和雌雄成虫)和雌成虫不同组织(头、胸、腹和足)中的表达模式。通过显微注射dsRNA对褐飞虱TN1和IR56种群的4龄若虫进行Nl15的RNAi,利用qPCR检测Nl15 RNAi后褐飞虱若虫中Nl15的相对表达量以及Nl15 RNAi后褐飞虱若虫取食3 d时水稻植株中防御相关基因(OsLecRK4, OsMPK10, OsWRKY24, OsLox, OsNPR1和OsGns5)的相对表达量,并生物测定Nl15 RNAi后褐飞虱的存活率以及成虫蜜露量和体质量增量。【结果】克隆了褐飞虱Nl15 cDNA序列(GenBank登录号：OK181113),其开放阅读框长1 008 bp;预测编码335个氨基酸,理论等电点为7.54,分子量为38.7 kD,含有23个氨基酸的信号肽序列和一个糖基化修饰位点,不存在跨膜结构域和其他已知的功能域;Nl15与灰飞虱Laodelphax striatellus同源蛋白氨基酸序列一致性为45%。发育表达谱结果表明,Nl15在褐飞虱各个发育阶段均表达,在3-4龄若虫中的表达量最高;组织表达谱结果表明,Nl15在褐飞虱雌成虫头部中的表达量最高,且在IR56种群头部中的表达量高于在TN1种群头部中的。RNAi实验结果表明,与注射dsGFP的对照组相比,注射dsNl15的处理组中Nl15的表达量显著降低了89.5%,褐飞虱的存活率以及成虫蜜露量和体质量增量均显著降低,上述6个水稻防御相关基因的表达量显著上调。【结论】褐飞虱IR56种群中的Nl15参与褐飞虱与水稻的防御与反防御分子互作。本研究为进一步阐述褐飞虱克服抗虫基因的机制及揭示昆虫与植物互作的分子网络提供了思路。     

硫激肽及其受体调控褐飞虱取食行为

【目的】明确硫激肽(sulfakinin, SK)及硫激肽受体(sulfakinin receptor, SKR)在褐飞虱Nilaparvata lugens取食行为中的作用。【方法】PCR克隆褐飞虱硫激肽基因Nlsk及其受体基因Nlskr cDNA全长序列并进行生物信息学分析；利用qRT-PCR检测Nlsk及Nlskr在褐飞虱不同发育阶段(卵、1-5龄若虫、雄成虫和雌成虫)和雌成虫不同组织(头、触角、翅、口针、足、肠道和马氏管)中的表达量；褐飞虱3龄若虫注射dsNlskr进行基因沉默，qRT-PCR检测4龄若虫中Nlskr的表达量，测定4龄若虫的取食量；基于已构建的Nlskr RNAi后的4龄若虫转录组数据库进行差异表达基因(differentially expressed genes, DEGs)的GO和KEGG分析以及取食相关基因的qRT-PCR验证。【结果】PCR克隆得到了褐飞虱Nlsk(GenBank登录号：AB817281)及Nlskr(GenBank登录号：BAO01059.1)的cDNA全长序列。序列比对结果显示，褐飞虱NlSK成熟肽具有与其他物种保守的C端FMRFam...     

褐飞虱丝氨酸蛋白酶抑制剂基因Nlserpin4的克隆及表达模式分析

【目的】克隆和分析褐飞虱Nilaparvata lugens丝氨酸蛋白酶抑制剂基因Nlserpin4,并探明其时空表达谱和病原真菌诱导表达模式。【方法】基于褐飞虱转录组和全基因组序列数据,利用PCR技术克隆得到褐飞虱Nlserpin4基因的全长cDNA序列;利用生物信息学手段分析其核苷酸和蛋白质序列特征;通过qRT-PCR技术检测其在褐飞虱不同发育时期(卵、1-5龄若虫和初羽化雌雄成虫)和5龄若虫不同组织(脂肪体、肠道、血淋巴和剩余虫体)中的时空表达谱,以及金龟子绿僵菌Metarhizium anisopliae注射感染褐飞虱5龄若虫不同时间后的诱导表达模式。【结果】克隆获得褐飞虱Nlserpin4基因全长cDNA序列(GenBank登录号:MN822802),其开放阅读框长1 227 bp,编码408个氨基酸,蛋白的相对分子质量和等电点分别为45.91 kD和6.23。氨基酸序列分析表明,Nlserpin4蛋白无糖基化位点,N端包含一段由23个氨基酸残基组成的信号肽,C端具有serpin蛋白家族典型的RCL区,且含有能被靶标蛋白酶识别的活性裂解位点。系统发育分析表明,Nlserpin4与半翅目其他昆虫的serpin亲缘关系较近,其中与蔗黄伪毛蚜Sipha flava serpin4的亲缘关系最近。qRT-PCR分析表明,Nlserpin4基因表达具有明显的时空特异性,其在成虫中的表达量显著高于在其他龄期的,且在雄成虫中表达量最高;Nlserpin4基因在褐飞虱5龄若虫脂肪体、肠道、血淋巴和剩余虫体中均有表达,且在剩余虫体组织中表达量最高;病原真菌金龟子绿僵菌诱导48 h内Nlserpin4表达量均显著下调,但随着诱导时间的增加,Nlserpin4表达量呈回升趋势。【结论】褐飞虱Nlserpin4基因在褐飞虱不同发育阶段、不同组织以及病原真菌金龟子绿僵菌诱导不同时间下差异表达。研究结果为深入研究Nlserpin4在褐飞虱生长发育和免疫调节中的功能奠定了基础。     

褐飞虱自噬相关基因NlATG13的表达与功能分析

【目的】自噬参与多种细胞生理过程,自噬相关蛋白ATG13是ATG1/13复合物的组成部分, 在启动自噬中发挥着重要作用。本研究旨在分析ATG13在褐飞虱Nilaparvata lugens中发挥的功能,评估其作为害虫防治靶标的潜力。【方法】基于褐飞虱转录组数据,利用RACE克隆褐飞虱NlATG13的cDNA全长序列;应用生物信息学技术分析NlATG13的核苷酸和氨基酸序列特征。利用RT-qPCR检测其在褐飞虱不同发育阶段(1-5龄若虫和雌雄成虫)和不同组织(5龄若虫头、胸、中肠和脂肪体以及刚羽化雌成虫的卵巢)中的表达模式。通过显微注射dsNlATG13至3龄若虫进行RNAi敲减NlATG13的表达,探究其对褐飞虱生存和中肠细胞自噬的影响;利用RT-qPCR检测RNAi 4 d时3龄若虫中糖原合成与代谢通路相关基因NlGSK3, NlGS和NlGP的表达量。【结果】克隆得到NlATG13的cDNA全长序列(GenBank登录号: MF805752),其开放阅读框长1 203 bp,编码一个含400个氨基酸的蛋白质(GenBank登录号: AWW05678.1)。系统发育分析表明,在纳入分析的物种中,NlATG13蛋白与半翅目温带臭虫Cimex lectularius和茶翅蝽Halyomorpha halys的ATG13蛋白进化关系较为接近。发育表达谱结果表明NlATG13在褐飞虱3和5龄若虫中的表达量显著高于在1-2龄若虫、雌成虫和雄成虫中的; 组织表达谱结果表明NlATG13在5龄若虫头部和脂肪体中的相对表达量较高,在胸部的表达量最低。RNAi结果显示,与dsGFP对照组相比dsNlATG13处理组中褐飞虱中肠细胞中存在明显的糖原颗粒积累,NlGS, NlGSK3和NlGP的表达量均无显著变化,组织ATP含量显著降低;褐飞虱的存活率显著降低,处理第10天时褐飞虱存活率下降到41.4%,而dsGFP对照组的存活率保持在85.6%的较高水平。【结论】 RNA干扰NlATG13基因对褐飞虱的生存和中肠细胞自噬具有显著的抑制效果,NlATG13基因具有作为褐飞虱防治靶标的潜力。     

褐飞虱丝氨酸蛋白酶抑制剂基因Nlserpin4的克隆及表达模式分析

摘要: 【目的】克隆和分析褐飞虱Nilaparvata lugens丝氨酸蛋白酶抑制剂基因Nlserpin4,并探明其时空表达谱和病原真菌诱导表达模式。【方法】基于褐飞虱转录组和全基因组序列数据,利用PCR技术克隆得到褐飞虱Nlserpin4基因的全长cDNA序列;利用生物信息学手段分析其核苷酸和蛋白质序列特征;通过qRT-PCR技术检测其在褐飞虱不同发育时期(卵、1-5龄若虫和初羽化雌雄成虫)和5龄若虫不同组织(脂肪体、肠道、血淋巴和剩余虫体)中的时空表达谱,以及金龟子绿僵菌Metarhizium anisopliae注射感染褐飞虱5龄若虫不同时间后的诱导表达模式。【结果】克隆获得褐飞虱Nlserpin4基因全长cDNA序列(GenBank登录号: MN822802),其开放阅读框长1 227 bp,编码408个氨基酸,蛋白的相对分子质量和等电点分别为45.91 kD和6.23。氨基酸序列分析表明,Nlserpin4蛋白无糖基化位点,N端包含一段由23个氨基酸残基组成的信号肽,C端具有serpin蛋白家族典型的RCL区,且含有能被靶标蛋白酶识别的活性裂解位点。系统发育分析表明,Nlserpin4与半翅目其他昆虫的serpin亲缘关系较近,其中与蔗黄伪毛蚜Sipha flava serpin4的亲缘关系最近。qRT-PCR分析表明,Nlserpin4基因表达具有明显的时空特异性,其在成虫中的表达量显著高于在其他龄期的,且在雄成虫中表达量最高;Nlserpin4基因在褐飞虱5龄若虫脂肪体、肠道、血淋巴和剩余虫体中均有表达,且在剩余虫体组织中表达量最高;病原真菌金龟子绿僵菌诱导48 h内Nlserpin4表达量均显著下调,但随着诱导时间的增加,Nlserpin4表达量呈回升趋势。【结论】褐飞虱Nlserpin4基因在褐飞虱不同发育阶段、不同组织以及病原真菌金龟子绿僵菌诱导不同时间下差异表达。研究结果为深入研究Nlserpin4在褐飞虱生长发育和免疫调节中的功能奠定了基础。     

褐飞虱过氧化物酶基因NlPOD1的克隆、鉴定及功能分析

【目的】探明褐飞虱Nilaparvata lugens过氧化物酶基因NlPOD1的分子特性、表达模式和生物学功能。【方法】基于褐飞虱转录组数据,利用PCR技术克隆获得NlPOD1基因全长cDNA序列;利用生物信息学手段分析其序列特征;通过qRT-PCR技术检测NlPOD1在褐飞虱不同发育时期(卵、1-5龄若虫和初羽化雌雄成虫)和5龄若虫不同组织(头部、脂肪体、血淋巴和肠道)中的表达水平,以及不同微生物(大肠杆菌Escherichia coli、金黄色葡萄球菌Staphylococcus aureus和金龟子绿僵菌Metarhizium anisopliae)（1×10⁷/mL）注射感染褐飞虱5龄若虫不同时间后的诱导表达模式;利用RNAi技术沉默褐飞虱 5 龄若虫NlPOD1基因,并通过生物测定分析NlPOD1基因沉默和接种金龟子绿僵菌(1×108/mL)后褐飞虱的存活率及致死中时(LT₅₀)。【结果】获得褐飞虱NlPOD1全长 cDNA 序列(GenBank登录号: MZ682107),其开放阅读框长2 049 bp,编码682个氨基酸,含有一个典型的动物亚铁血红素过氧化物酶结构域(An_peroxidasedomain),且N端包含一段由29个氨基酸残基组成的信号肽。系统发育分析表明,NlPOD1与半翅目其他昆虫的POD亲缘关系较近,其中与茶翅蝽Halyomorpha halys POD亲缘关系最近。发育表达谱结果表明,NlPOD1在褐飞虱不同发育阶段均有表达,其中卵期表达量最低,5龄若虫中表达量最高;组织表达谱结果表明,NlPOD1在褐飞虱5龄若虫不同组织中均有表达,且肠道和血淋巴中的表达量显著高于头部和脂肪体中的;微生物诱导表达模式表明,与注射PBS的对照组相比,大肠杆菌诱导48 h内各时间点NlPOD1在褐飞虱5龄若虫中的表达量显著上调,而在金黄色葡萄球菌和金龟子绿僵菌诱导下,NlPOD1表达量均呈现先上调后回稳的态势。RNAi分析结果显示,显微注射dsNlPOD1可显著抑制NlPOD1的表达水平。通过RNAi抑制NlPOD1表达后褐飞虱5龄若虫存活率不变,但注射dsNlPOD1联合金龟子绿僵菌感染对褐飞虱5龄若虫的LT₅₀(4.5 d)显著低于注射dsGFP联合金龟子绿僵菌感染的对照组的LT₅₀(5.4 d),说明沉默NlPOD1后褐飞虱对金龟子绿僵菌侵染的抵御能力显著降低。【结论】NlPOD1在褐飞虱病原防御过程中发挥重要作用,可作为开发RNAi和病原真菌联合介导的褐飞虱防治技术中的一个潜在靶标。     

转Bt基因水稻“赣绿1号”对非靶标害虫褐飞虱取食、产卵行为及生长发育的影响

【目的】研究转cry1Ab/Ac基因水稻"赣绿1号"对非靶标害虫褐飞虱Nilaparvata lugens的潜在影响。【方法】采用标准苗期集团筛选法研究"赣绿1号"对褐飞虱的抗性;利用取食和产卵选择性研究"赣绿1号"对褐飞虱取食、产卵行为的影响;用"赣绿1号"连续饲养褐飞虱5代,研究对褐飞虱生长发育(若虫发育历期、成虫体重)和繁殖(孵化子代若虫数量)的影响。【结果】"赣绿1号"与非转基因亲本对褐飞虱均表现为中抗;褐飞虱于"赣绿1号"上取食、产卵选择与非转基因亲本均无显著差异;除取食"赣绿1号"第2代褐飞虱第3龄龄期显著短于取食非转基因亲本水稻的褐飞虱外,第2代和第5代若虫各龄龄期均无显著差异,褐飞虱雌雄成虫体重和孵化若虫数均无显著差异。【结论】与对照水稻相比,转Bt基因水稻"赣绿1号"对非靶标害虫褐飞虱的苗期抗性、取食、产卵行为及生长发育等无明显的不利影响。     

褐飞虱核受体基因NlE75的分子特性和功能分析

【目的】蜕皮激素通过信号级联反应调节昆虫的蜕皮和变态过程，而核受体基因E75是信号通路的早期响应基因。本研究旨在分析褐飞虱Nilaparvata lugens NlE75的分子特性及生物学功能，为褐飞虱的防治和新农药的开发提供新分子靶标。【方法】本研究基于序列比对和同源检索以及褐飞虱转录组数据获得NlE75的cDNA序列，并利用RT-PCR和RACE技术对其进行cDNA克隆；利用生物信息学软件预测分析NlE75编码蛋白的结构特性；利用MEGA5.0邻接法(neighbor-joining, NJ)构建系统进化树。利用RT-qPCR检测NlE75及其转录本在褐飞虱不同发育阶段(卵、1-5龄若虫和成虫)、5龄若虫不同组织(头、胸、腹、表皮、翅芽、脂肪体、中肠和足)中和3龄若虫被注射0.2μg/头20-羟基蜕皮激素(20-hydroxyecdysone, 20E)后的表达谱。通过注射法进行RNAi敲降褐飞虱3龄若虫20E合成关键基因NlCYP314A1后，利用RT-qPCR检测3龄若虫中NlE75的表达量；通过注射法进行RNAi下调3和5龄若虫NlE75及3龄若虫中其转录本的表达后，利用RT...     

褐飞虱核糖体小亚基蛋白S8基因NlRPS8的克隆及其表达分析

【目的】核糖体蛋白在生物体内具有重要作用,本研究旨在探明核糖体蛋白S8在褐飞虱Nilaparvata lugens生长发育过程中的表达规律和功能。【方法】本文根据褐飞虱基因表达谱提供的差异表达基因信息及转录组提供的基因核心序列,结合褐飞虱基因组比对分析,对褐飞虱核糖体S8基因进行了预测,并通过RT-PCR获得了褐飞虱核糖体小亚基蛋白S8的全长c DNA序列,命名为NlRPS8(Gen Bank登录号:KU341337)。【结果】NlRPS8基因全长627 bp,编码208个氨基酸。进化分析表明,褐飞虱与桑粉介壳虫Maconellicoccus hirsutus亲缘关系最为接近。应用荧光定量PCR分析了基因NlRPS8的表达规律,结果表明,NlRPS8基因在褐飞虱怀卵雌虫中表达量最高,而在雄成虫、初羽化雌成虫与1~5龄若虫表达量相对较低;在褐飞虱体内,NlRPS8基因在卵巢中表达量最高,中肠次之,在其他部位表达量较低。在抗性品种ASD7和RHT上,NlRPS8基因表达量分别为感性品种TN1上的1.99倍和2.14倍。NlRPS8基因在经过饥饿处理1 d的褐飞虱组中表达量为正常组的1.6倍。【结论】研究结果显示NlRPS8基因在褐飞虱生长、繁殖中发挥作用,为进一步研究NlRPS8基因在褐飞虱生长发育和对抗性品种适应中的功能提供了线索。     

营养对褐飞虱生长和繁殖信号通路的影响

【目的】昆虫感知外界营养状态,在体内营养信号通过许多信号通路进行传递,进而调控昆虫的生长和繁殖。本研究旨在为营养调控褐飞虱Nilaparvata lugens生长和繁殖的分子机制作出初步探索。【方法】在不同营养条件［100%浓度饲料(全纯人工饲料D-97, 对照)、50%浓度人工饲料和25%浓度人工饲料］下饲喂褐飞虱3龄第2天若虫至成虫,统计体重、发育历期、存活率和每卵巢成熟卵量;利用荧光定量PCR检测羽化后第2天褐飞虱成虫不同组织(卵巢、脂肪体和其他组织)中IIS, TOR以及AMPK信号通路相关基因(InR1, InR2, AKT, FoxO, TOR, S6K, 4EBP, AMPKα,AMPKβ和AMPKγ)的表达量;利用Western blot方法检测羽化后第6天褐飞虱成虫卵巢和其他组织中Akt, FoxO和AMPK蛋白磷酸化水平;同时检测羽化后第6天褐飞虱成虫不同组织中的ROS水平以及不同龄期褐飞虱体内保幼激素(juvenile hormone, JH)和蜕皮激素(20-hydroxyecdysone, 20E)滴度。【结果】与饲喂100%浓度人工饲料的对照相比,用低浓度人工饲料饲喂褐飞虱至成虫导致5龄第2天至成虫体重显著降低,从3龄第2天若虫至成虫发育历期缩短,死亡率提高,每卵巢成熟卵量显著降低。取食低浓度人工饲料后,羽化后第2天成虫IIS, TOR以及AMPK信号通路相关基因InR2, TOR, 4EBP, AMPKα在卵巢、脂肪体和其他组织中, AKT, S6K和AMPKγ在脂肪体和其他组织中,以及InR1, FoxO和AMPKβ在其他组织中表达量较对照均显著下降,但卵巢中InR1, AKT, FoxO和AMPKγ的表达量相对稳定;羽化后第6天成虫卵巢和其他组织中AKT, FoxO以及AMPK的磷酸化水平显著增加。随着人工饲料饲喂浓度的降低,羽化后第6天褐飞虱成虫不同组织中的ROS水平显著增加。不同营养条件下褐飞虱4龄第2天若虫体内JH滴度无显著差异,低营养条件下5龄第2天若虫体内JH滴度较对照显著降低,而在羽化后第2天成虫体内JH滴度则较对照显著增加;低营养条件导致褐飞虱若虫以及成虫体内20E滴度均显著增加。【结论】褐飞虱在面临营养缺失的情况下,营养信号传导通路(IIS, TOR以及APMK通路)的关键基因表达均下降,而ROS水平显著上升,通过调节AKT, FoxO以及AMPK的磷酸化水平,进而影响JH以及20E的生物合成。     

RNAi和取食不同品种水稻后白背飞虱多铜氧化酶4基因的表达差异及生物学效应

【目的】分析RNAi及取食不同品种水稻后白背飞虱Sogatella furcifera多铜氧化酶4(multicopper oxidase 4, MCO4)基因的表达差异和生物学效应,以期为该基因的功能研究提供理论依据。【方法】通过生物信息学技术方法分析白背飞虱MCO4基因的核苷酸和氨基酸序列;利用RNAi技术沉默白背飞虱3龄若虫的MCO4基因,检测显微注射法和饲喂法的沉默效率,研究该基因被干扰后对白背飞虱3龄若虫存活率的影响;白背飞虱成虫取食不同抗性水稻品种24 h后,采用RT-qPCR检测其体内MCO4基因表达量的变化,并统计其体重。【结果】白背飞虱MCO4基因的核苷酸序列全长为2 166 bp,编码721个氨基酸。显微注射法进行MCO4基因的RNAi可成功沉默白背飞虱的MCO4基因,且沉默效率远高于饲喂法。MCO4基因被RNAi沉默后白背飞虱3龄若虫存活率显著低于正常若虫的。与取食水稻感虫品种TN1相比,取食水稻抗虫品种IR26的成虫MCO4基因表达量显著增加,且成虫体重显著降低。【结论】显微注射法可以更好地干扰白背飞虱MC04基因的表达。沉默MCO4基因对白背飞虱3龄若虫的存活率有显著影响,我们推测MCO4基因在白背飞虱取食水稻中具有重要的作用。     

烟粉虱MED隐种抑制蛋白基因Btarrestin的克隆及特性分析

【目的】明确烟粉虱Bemisia tabaci MED隐种抑制蛋白基因Btarrestin是否参与吡虫啉耐药性。【方法】根据已有烟粉虱转录组数据,利用RT-PCR克隆Btarrestin的全长序列,进行生物信息学分析。通过qPCR分析Btarrestin在烟粉虱MED隐种各个龄期(卵,1-2龄、3龄、4龄若虫,雌、雄成虫)以及吡虫啉处理(100 mg/L)后成虫中的表达量变化,明确其时空表达模式。利用RNAi技术沉默Btarrestin,观察沉默前后Btarrestin表达量和烟粉虱MED隐种成虫死亡率变化。【结果】成功克隆烟粉虱MED隐种Btarrestin的cDNA序列(GenBank登录号: MK204377),编码区全长1 227 bp,编码409个氨基酸,预测所编码的蛋白分子量约为45.33 kD,理论等电点(pI)为8.38。保守结构域分析表明,Btarrestin具有Arrestin_N和Arrestin_C两个超家族保守结构域,符合抑制蛋白家族特征。分子系统树分析表明,Btarrestin与褐飞虱Nilaparvata lugens的Arrestin亲缘关系最近。Btarrestin的表达量随烟粉虱MED隐种的生长发育逐渐升高,成虫期表达量最高。100 mg/L吡虫啉处理成虫24 h后Btarrestin的表达量较对照增加了2.39倍。RNAi干扰Btarrestin后进行生物测定,烟粉虱MED隐种成虫的死亡率上升了31.27％。【结论】Btarrestin可能与烟粉虱MED隐种对吡虫啉的耐药性有关。     

亚洲柑橘木虱成虫和5龄若虫在感染黄龙病的柑橘上的取食行为及获菌效率比较

【目的】亚洲柑橘木虱Diaphorina citri是柑橘的毁灭性病害——黄龙病亚洲种‘Candidatus Liberibacter asiaticus’(‘C las’)的主要传播媒介。本研究的目的是明确木虱成虫和5龄若虫的取食行为、获菌效率是否有差异,以及寄主感染黄龙病是否对5龄若虫取食产生影响。【方法】利用直流型刺吸电位仪(DC-EPG Giga-4)记录柑橘木虱成虫和5龄若虫在携带黄龙病的酸橘Citrus reticulata cv.Sunki嫩梢上10 h的取食行为,用qPCR单头检测其获得黄龙病病原菌的效率,并比较5龄若虫在感病和健康植株嫩梢上的取食行为。【结果】柑橘木虱成虫与5龄若虫在感染黄龙病的酸橘上的取食行为有显著差异。5龄若虫比成虫更快地开始在韧皮部和木质部进行吸食,口针在韧皮部的总过程以及吸食时间显著长于成虫。此外,5龄若虫和成虫在EPG测定(同时饲菌)10 h后获菌率分别为37.5%和20.0%,若虫明显高于成虫。寄主植物感染黄龙病对5龄若虫的取食行为有一定的影响,表现在感病植株上的刺探次数、唾液分泌次数和韧皮部吸食次数都显著少于健康植株,而两者分泌唾液和韧皮部吸食时间没有显著差异。另外,在感病植株上首次韧皮部取食出现时间较在健康植株上要早。【结论】在同等时间下,柑橘木虱5龄若虫比成虫在感染黄龙病的酸橘上的取食能力更强、取食量更大、获菌率更高,原因可能是若虫需要更多的营养物质供其生长发育所致。寄主感染黄龙病对木虱5龄若虫的取食有利,使其更快地开始取食,而且更改取食位点次数变少,推测可能与黄龙病菌破坏了植物的防御有关。     

氮肥促进Bt水稻和非Bt水稻上溴氰菊酯诱导的褐飞虱再猖獗能力

【目的】褐飞虱Nilaparvata lugnes是Bt水稻上重要的非靶标害虫之一,多种药剂会引起褐飞虱的再猖獗。本研究旨在探究氮肥使用下Bt水稻上褐飞虱对农药的生态适应性和再猖獗能力。【方法】取Bt水稻T1C-19(含cry1C*基因)和T2A-1(含cry2A*基因)稻苗分别施以0,100和250kg N/hm~2的氮肥,用不同浓度溴氰菊酯(0,1,3和6 mg/L)喷雾处理其上饲养的褐飞虱,分析氮肥处理的Bt水稻上褐飞虱对农药的生态适应性指标(若虫发育历期、若虫存活率、雌成虫体重、单雌产卵量和卵孵化率)。【结果】高浓度溴氰菊酯(6 mg/L)处理下褐飞虱的若虫存活率显著低于未处理组,而单雌产卵量则高于未处理组。方差分析表明,氮肥与溴氰菊酯相互作用可以显著影响褐飞虱的若虫存活率、雌成虫体重、单雌产卵量和卵孵化率。在0 kg N/hm~2处理下,溴氰菊酯处理对褐飞虱的产卵量无显著影响。在100和250 kg N/hm~2处理稻株上褐飞虱产卵量随着溴氰菊酯浓度的升高而增加。随着氮肥施用量的增加,褐飞虱若虫历期缩短,雌成虫体重增加,产卵量增加,褐飞虱若虫孵化率和存活率增高。相同氮肥施用量、溴氰菊酯同一浓度处理条件下,Bt水稻和常规水稻相比对褐飞虱的若虫发育历期、产卵量、卵孵化率和存活率均无显著影响。【结论】本研究结果表明,氮肥可以促进Bt水稻和非Bt水稻上溴氰菊酯诱导的褐飞虱再猖獗。     

MED烟粉虱钙结合蛋白的鉴定及表达分析

【目的】钙结合蛋白作为钙信号传导途径的组分,通过与钙离子结合实现其生物学功能,调控细胞信号传导和细胞生命周期等过程,且钙结合蛋白可以通过与植物中钙离子结合降低钙离子浓度来保持昆虫的持续摄取。为明确钙结合蛋白在MED (Mediterranean)烟粉虱Bemisia tabaci体内的时空表达模式,烟粉虱取食后钙结合蛋白的表达特征及取食不同寄主的烟粉虱体内钙结合蛋白的表达量变化情况。【方法】利用RT-PCR和基因克隆得到烟粉虱钙结合蛋白cDNA序列,并通过实时荧光定量PCR(qRT-PCR)技术分析其在烟粉虱不同组织、不同龄期、不同寄主以及烟粉虱饥饿诱导取食后不同时间点的表达模式。【结果】生物信息学分析结果显示:烟粉虱钙结合蛋白基因的开放阅读框为669bp,编码一个由222个氨基酸组成的蛋白,其N端包含一段长为22个AA的信号肽序列,C末端具有钙离子结合位点。系统进化分析表明:烟粉虱钙结合蛋白与半翅目昆虫关系最近,分属同支。荧光定量PCR结果显示:钙结合蛋白在烟粉虱头部的表达量显著高于胸部、腹部、足和翅的表达量;钙结合蛋白在烟粉虱整个发育阶段均有表达,4龄若虫的表达量最高,卵期表达量最低,1-2龄、3龄、4龄和成虫期的表达量分别为卵期表达量的4.38倍、5.47倍、16.76倍和5.03倍;钙结合蛋白在取食棉花、辣椒和番茄3种不同寄主的烟粉虱中的表达量无显著性差异;饥饿诱导取食后1 h的烟粉虱成虫钙结合蛋白的表达量显著高于取食0 h,为取食0h的2.12倍。【结论】本研究克隆了烟粉虱钙结合蛋白基因并对其在烟粉虱中的表达模式进行分析,为进一步明确烟粉虱钙结合蛋白功能研究奠定基础。     

褐飞虱ABCB基因的克隆与表达分析

三磷酸腺苷结合盒转运蛋白(ATP-binding cassette,ABC)广泛分布于各种生物体中,是最大的膜蛋白家族之一。在昆虫中,ABC转运子不仅在分子转运过程中有重要的功能,同时在杀虫剂抗性、代谢和发育中都起到重要的作用。本研究克隆和鉴定了褐飞虱Nilaparvata lugens St l ABCB基因(NlABCB),结果表明NlABCB基因全长1468 bp,含有一个长度为459 bp的开放阅读框,编码153个氨基酸。利用定量PCR检测NlABCB基因在褐飞虱体内的表达,发现NlABCB转录本在褐飞虱的所有发育阶段都有表达,在1龄若虫中表达量最低,随着生长发育表达量逐渐升高。NlABCB在褐飞虱5龄若虫的中肠中表达量最高。研究发现该基因与褐飞虱的生理活动有关。构建NlABCB-dsRNA载体,转化大肠杆菌Escherichia coli HT115后,经IPTG诱导,形成NlABCB-dsRNA,喂养褐飞虱取食含NlABCB-dsRNA人工饲料,发现褐飞虱的存活率明显降低。因此该基因的克隆和功能鉴定,对于作物的抗虫育种,尤其对水稻害虫的生物防治将起到重要的促进作用。     

褐飞虱表皮蛋白基因NlICP的克隆及功能研究

表皮蛋白与几丁质结合构成抵御外界不良环境的昆虫角质层, 在昆虫的生长发育及蜕皮硬化中具有重要的作用。为了探讨表皮蛋白基因在褐飞虱Nilaparvata lugens生长发育中的功能, 本研究根据褐飞虱转录组测序信息, 对其中1个预测为编码表皮蛋白的Unigene36450序列进行了克隆, 并应用荧光定量PCR和RNA干扰（RNAi）技术分别对该基因的表达规律和功能进行了研究。结果表明： 克隆的 Unigene36450全长cDNA开放阅读框长585 bp, 编码的蛋白含194个氨基酸, 具有典型的表皮蛋白R&R保守结构域, 命名为NlICP。转录水平的时序表达分析发现, NlICP仅在褐飞虱若虫期表达, 且在3龄若虫体内表达量最高, 提示该基因编码的蛋白属于幼虫表皮蛋白。RNA干扰结果显示, 取食dsNlICP的1龄末2龄初（孵化后第3 天）若虫在干扰6 d和8 d时, NlICP基因的表达量分别较取食dsGFP的对照组下降58.8%和45.6%, 差异极显著(P<0.01); 干扰后部分褐飞虱若虫因蜕皮不完全死亡, 干扰5 d的存活率较对照下降26.7%。本研究结果提示, NlICP与褐飞虱若虫的生长发育及蜕皮相关, 可以作为褐飞虱防治的潜在靶标基因。     

沉默类胰岛素多肽(Ilp)基因对褐飞虱翅和卵巢发育及海藻糖代谢的影响

【目的】类胰岛素多肽(insulin-like peptide, Ilp)位于胰岛素信号通路最上游,其在糖类物质调控中发挥关键作用。本研究则旨在探究Ilp在褐飞虱Nilaparvata lugens海藻糖代谢平衡的调控作用。【方法】以褐飞虱5龄若虫为实验材料,采用RNAi技术干扰Ilps的表达,观察RNAi后褐飞虱的表型以及雌成虫的卵巢发育。RNAi 48 h与72 h后,采用生化方法测定褐飞虱5龄若虫体内海藻糖、糖原和葡萄糖含量以及海藻糖酶活性变化;采用qPCR检测海藻糖酶基因(TRE1-1, TRE1-2和TRE2)和海藻糖合成酶基因(TPS1和TPS2)的表达量变化。【结果】dsRNA可有效抑制Ilps的表达,导致褐飞虱出现异常翅型,且注射dsIlp3以及dsIlp1+dsIlp2+dsIlp3+dsIlp4发现褐飞虱2日龄雌成虫卵巢发育不完全。分别注射dsIlp1-4和dsIlp1+dsIlp2+dsIlp3+dsIlp4后48 h均能显著提高葡萄糖含量;分别注射dsIlp2, dsIlp3及dsIlp4后48 h显著提高了糖原含量;分别注射dsIlp3和dsIlp4后48 h能够显著提高海藻糖含量,而分别抑制Ilp2和Ilp4 72 h后海藻糖含量显著下降,但注射dsIlp1+dsIlp2+dsIlp3+dsIlp4后48和72 h海藻糖含量都显著上升。注射dsIlp1+dsIlp2+dsIlp3+dsIlp4后72 h可溶性海藻糖酶活性均显著上升,膜结合型海藻糖酶活性则在分别注射dsIlp3, dsIlp4和dsIlp1+dsIlp2+dsIlp3+dsIlp4后72 h显著下降;分别注射dsIlp1, dsIlp2和dsIlp4后TRE1-1, TRE1-2, TRE2, TPS1和TPS2的表达量显著下降。【结论】沉默Ilp基因对褐飞虱的发育以及繁殖有一定的阻碍作用,且能够提高褐飞虱体内葡萄糖与糖原的含量,下调海藻糖酶与海藻糖合成酶基因表达量,提高可溶性海藻糖酶的活性,进而调控海藻糖的代谢。     

烟粉虱不同发育阶段解毒代谢酶基因的特异性表达

【目的】基于烟粉虱Bemisia tabaci转录组数据,系统分析了烟粉虱解毒代谢酶基因在噻虫嗪抗性品系中的表达模式,探讨了这些基因在烟粉虱不同发育阶段差异表达的生物学意义。【方法】分别收集室内长期饲养的烟粉虱噻虫嗪抗性和敏感品系的卵、4龄若虫和刚羽化1 d的雌成虫,在烟粉虱转录组数据库中挑选8 394条解毒代谢相关基因设计探针,通过探针杂交,得到烟粉虱噻虫嗪抗性品系表达谱芯片,比较了这些基因在抗性烟粉虱3个不同发育阶段的表达情况。并随机挑选了9个基因,在抗感品系间3个不同发育阶段进行了荧光定量PCR验证。【结果】在抗性烟粉虱的卵和4龄若虫发育阶段,共有3 424个差异表达基因,其中489个是编码3类解毒代谢酶(羧酸酯酶、谷胱甘肽-S-转移酶和细胞色素P450多功能氧化酶)的基因;有14个基因在4龄若虫发育阶段过量表达,其中10个为P450基因,4个为GST家族基因。在抗性烟粉虱的4龄若虫和雌成虫发育阶段,总共有1 273个差异表达基因,193个为3类解毒代谢酶家族的基因,其中有9个P450家族基因在雌成虫期的表达量超过4龄若虫期的10倍。此外,表达谱芯片分析还筛选到了一些候选抗性基因。qRT-PCR验证显示在这些候选基因中,与敏感品系相比,9个基因在抗性烟粉虱的3个不同发育阶段表达上调,其中GST基因家族的p_06027和P450基因p_06013在抗性品系的卵和4龄若虫中过量表达;p_05885和p_07806和编码CYP6家族蛋白的p_00988在抗性品系的4龄若虫期的表达量上调;p_05916和p_00478在抗性品系卵和4龄若虫期表达量很低,而在成虫期过量表达;而p_00059和p_00428在抗性品系雌成虫发育阶段表达量显著上调,其中编码CYP4C1的p_00059的差异表达倍数在雌成虫期约为15.15倍。【结论】表达谱芯片分析结果提示,CYP6和CYP4C1基因的过量表达可能会是烟粉虱抗性产生的机制之一。解毒代谢酶基因在烟粉虱不同发育阶段的特异性表达,可能与其在抵御杀虫剂胁迫时体内能量的分布及有效利用率有关,也可能是害虫在环境选择压下的一种适应机制。     

褐飞虱蜕皮激素合成相关Halloween基因的克隆及功能分析

【目的】蜕皮激素(ecdysone)是调控昆虫生长发育和繁殖的重要激素,其合成主要由5个称为Halloween基因编码的细胞色素P450(spook/CYP307A1,Phantom/CYP306A1,disembodied/CYP302A1,shadow/CYP315A1和shade/CYP314A1)参与。褐飞虱Nilaparvata lugens系东南亚和东亚地区危害最为严重的水稻害虫之一,以蜕皮激素调控基因为靶标,应用RNAi技术防控褐飞虱正逐步成为研究热点。本研究旨在揭示褐飞虱体内Halloween基因的功能,为褐飞虱的防控和新农药的开发提供理论依据。【方法】本研究基于褐飞虱基因组和转录组数据,利用RT-PCR技术克隆了参与蜕皮激素合成的5个Halloween基因;利用生物信息学软件预测分析其编码蛋白的结构特性;利用MEGA5.0邻接法构建系统进化树;利用实时荧光定量PCR技术研究其时空表达特征;利用注射法RNAi技术分析Cyp314a1基因表达下调对褐飞虱生长发育和繁殖的影响。【结果】克隆获得褐飞虱的5个Halloween基因,即NlCyp307a1(Gen Bank登录号:KM217014.1),NlCyp306a1(Gen Bank登录号:KM217013.1),NlCyp302a1(Gen Bank登录号:KM216995.1),NlCyp315a1(Gen Bank登录号:KM216998.1)和NlCyp314a1(Gen Bank登录号:KU928172)。进化分析表明,这5个基因分属于CYP2和线粒体两大类群,并与各自的同源基因聚类在一起,说明Halloween基因和蜕皮激素合成途径在昆虫进化过程中十分保守。Nl CYP314A1具有5个P450的保守结构域和两个跨膜结构域,是典型的线粒体酶。qRT-PCR检测结果显示,5个Halloween基因的表达量在整个褐飞虱5龄若虫期内呈现波动状,且均在5龄若虫蜕皮后的24 h和60 h出现表达量峰值。NlCyp314a1在褐飞虱发育各个龄期均表达,且在成虫中表达量最高;NlCyp314a1在胸部表达量较头部和腹部高,其在脂肪体中的表达量最高,其次是在足、表皮、翅芽中,中肠中表达量最低。利用注射法RNAi对NlCyp314a1基因进行沉默后,NlCyp314a1的表达量在注射后第4天较对照极显著降低84.6%(P0.01),同时蜕皮激素通路下游的响应关键基因Nl FTZ-F1的表达量较对照极显著降低64.1%(P0.01)。表型观察发现,NlCyp314a1表达量的下调导致了褐飞虱蜕皮困难,出现畸形虫体,第7天死亡率大于95%,且NlCyp314a1表达量的下调导致了褐飞虱卵巢发育畸形。【结论】褐飞虱蜕皮激素合成相关的Halloween基因在进化上非常保守,Halloween基因功能的研究揭示了褐飞虱体内Halloween基因对于褐飞虱蜕皮和繁殖的重要性。其表达水平的降低导致了褐飞虱生长发育和繁殖受阻,提示褐飞虱Halloween基因可用于褐飞虱蜕皮和繁殖进程的调控,同样也为Halloween基因在褐飞虱防治方面的潜在应用提供了依据。