昆虫嗅觉受体的研究进展

昆虫的嗅觉对昆虫的栖息地选择、觅食、群集、趋避、繁殖以及信息传递等行为具有重要的影响。对昆虫嗅觉机理的深入研究和嗅觉信号传导途径的完整阐述,是探索农业害虫的专一性防治的基础。嗅觉受体(olfactory receptors,Ors)是G蛋白偶联受体(Gprotein-coupled receptor)的一种,是嗅觉系统的关键成分。近年来嗅觉受体的研究日益受到关注。本文对昆虫嗅觉的基本过程、基因结构和表达调控特征、蛋白分子结构、生理功能、分布部位和相关配体的研究等进行了综述。

昆虫体内章鱼胺和酪胺的研究进展

章鱼胺(octopamine,OA)和酪胺(tyramine,TA)在昆虫体内扮演着各种重要的生理角色。它们协调控制着昆虫的各种器官和行为,如调节外周淋巴器官功能和影响昆虫的学习与记忆、昼夜节律等,使得昆虫能够以合理的方式来应对外界刺激,并被认为在功能上对应于脊椎动物体内的肾上腺素和去甲肾上腺素。虽然都是酪氨酸脱羧基产物,且酪胺是章鱼胺的生物合成前体,但它们都通过不同的G蛋白偶联受体在昆虫体内发挥不同的神经调控作用。近年来,对昆虫体内章鱼胺和酪胺,尤其是它们与对应受体作用的研究,日益受到关注。本文对昆虫体内章鱼胺和酪胺的生物合成,在神经和非神经组织中的分布,被突触前结构的再摄取以及它们在昆虫体内的不同生理功能等方面的研究进展进行了综述,特别对章鱼胺和酪胺受体基因的克隆、信号转导途径以及药理作用特性等相关研究的最新进展进行了详细评述。

昆虫基因组及数据库研究进展

基因组序列为昆虫分子生物学研究提供丰富的数据资源,推动系统生物学在古老的昆虫学中蓬勃发展。昆虫基因组学研究已经成为当前的研究热点,目前在NCBI登录注册的昆虫基因组测序计划有494项,其中已提交原始测序数据的昆虫有225种,完成基因组拼接的有215种,具有基因注释的有65种,公开发表的昆虫基因组有43篇。本文综述了测序技术发展的历史及其对昆虫基因组研究的推动作用、昆虫基因组的组装和注释及其存在的问题、昆虫基因组测序进展、昆虫基因组数据库的发展及基因数据挖掘利用的基本思路和对策,以及昆虫基因大数据在害虫防治和资源昆虫利用中的应用前景。

昆虫5-羟色胺及其受体的研究进展

5-羟色胺(5-hydroxytryptamine,5-HT)是昆虫体内一种重要的生物胺。5-HT在昆虫神经组织和非神经组织中均可合成,它可被5-HT转运体重吸收进入突触前结构中。5-HT通过结合特异性的G蛋白偶联受体在昆虫体内发挥不同的神经调控作用,调节昆虫主要的行为活动,比如取食、生物钟、聚集、学习和记忆等。昆虫体内5-HT受体有5种,分别为5-HT1A,5-HT1B,5-HT2A,5-HT2B和5-HT7。其中5-HT1A和5-HT1B偶联胞内cAMP的降低,5-HT2A和5-HT2B偶联胞内Ca2+的释放,5-HT7偶联胞内cAMP的升高。近年来,昆虫体内5-HT及其受体的研究有了很大的进展,昆虫体内越来越多的5-HT受体被克隆,并进行了功能和药理学性质分析。不同昆虫5-HT受体药理学性质存在差异,将为以5-HT受体为靶标,设计新型特异性杀虫剂提供理论基础。

昆虫多巴胺及其受体的研究进展

多巴胺(dopamine,DA)是脊椎动物和无脊椎动物体内一种重要的生物胺,其参与调控了昆虫的多种生理反应和行为过程,如学习与记忆、认知、性取向、抉择、运动以及型变等。多巴胺主要通过结合特异性的G蛋白偶联受体,即多巴胺受体(dopamine receptors,DARs)来发挥生理作用。本文综述了多巴胺在昆虫中的调控、分布及所参与的生理功能,如多巴胺调控昆虫的交配、发育、嗅觉以及运动行为等,特别对DARs的信号转导、生理功能以及药理学等方面进行了详细评述。昆虫的DARs大致可分为两大类:D1-like DARs和D2-like DARs。D1-like DARs包含有2种亚型,分别为DOP1和DOP2。DOP1仅能偶联胞内cAMP的上升,而DOP2不仅可以起胞内cAMP的上升,还可偶联胞内Ca2+的释放。D2-like DARs仅包含有1种亚型DOP3,其被激活后引起胞内cAMP的降低。DA通过激活不同的DARs可偶联不同的第二信使系统,所产生的下游细胞反应则与昆虫的各种行为相关,而对昆虫DARs的药理学研究将有助于我们开发特异性的杀虫剂用于害虫防治。

实时荧光定量PCR技术及其在昆虫学研究中的应用

实时荧光定量PCR(real-time fluorescent quantitative polymerase chain reaction,FQ-PCR)是一种利用荧光信号实时监测体外DNA分子PCR复制过程中每个循环的扩增产物,从而实现对DNA模板进行定量分析的技术,具有准确、快速、灵敏、特异等优点,在动植物基因工程、动植物检疫、微生物鉴定与分类、食品安全检测和医学等领域中得到广泛应用。本文对实时荧光定量PCR技术的原理、优缺点及近年来新的荧光探针的原理、类型进行了评述,并对实时荧光定量PCR技术在昆虫学研究中的应用进行了综述。

昆虫卵黄蛋白分子进化的研究进展

卵黄原蛋白(Vg)、卵黄多肽(YP)和小卵黄蛋白(minor YP)是昆虫三类主要的卵黄蛋白,它们之间的同源性一直是研究的重点。本文根据已经解析的Vg,YP和minor YP的氨基酸序列,采用序列比对和系统树分析的方法,并结合国内外对三者同源性研究的基础,对其进化关系进行了分析。结果表明,Vg,YP和minor YP是三类具有不同进化祖先的卵黄蛋白,它们的氨基酸序列相似性较低。Vg在系统进化过程中最为保守,与人类的血清载脂蛋白B(ApoB)具有较高的同源性;YP与脊椎动物的肝脂酶和胰脂酶具有较高的同源性;而minor YP与脊椎动物胃脂肪酶和舌脂肪酶具有较高的同源性。同时,对三者的分子特性做了简单的介绍。

膜翅目昆虫杜氏腺形态结构、内分泌物与功能的研究进展

杜氏腺为膜翅目雌性昆虫生殖器官中的一外分泌腺体,外形呈囊腔状,内含丰富的油状分泌物。其内分泌物主要为饱和与不饱和烃类化合物,有着辅助产卵、释放信息素及作幼虫食物等多方面的功能。本文对杜氏腺的形态结构、内分泌物合成途径、化学组分及其生理和生态学功能进行了综述。

昆虫趋光行为研究进展

趋光性是昆虫的主要行为特征之一,对昆虫的各种活动起到重要作用.主要综述了近年来昆虫光感受器的研究进展及外部光环境对昆虫趋光行为的影响,着重介绍了昆虫复眼和单眼的结构功能及其对光的明暗适应特性、外界光环境中光质和光强对趋光行为的影响等内容,并对害虫光诱技术的应用作了简单介绍.

中国农业昆虫基因组学研究概况与展望

昆虫种类繁多,变异惊人,是地球上最大的动物类群,其中不少种类是农业上的重要害虫或益虫。自从2000年黑腹果蝇(Drosophila melanogaster)基因组发表以来,当代的昆虫学研究已经越来越多地依赖于从基因组和转录组所获得的信息。为了更好地理解昆虫生物学特性和增强应对那些严重影响人类健康、粮食供应和经济安全的各种卫生、农林害虫的能力,更好地利用那些在维持自然和农业生态系统不可或缺的昆虫以及那些为人类提供丝、蜂蜜和药品的昆虫,需要了解它们的基因组和转录组信息。目前世界上已经有50多种昆虫的基因组被报道,近10年来中国科学家也已经完成了家蚕(Bombyx mori)、小菜蛾(Plutella xyllostella)、东亚飞蝗(Locusta migratoria manilensis)、榕小蜂(Ceratosolen solmsi)和褐飞虱(Nilaparvata lugens)的基因组测定和分析,还有一批重要农业昆虫的基因组正在分析中,这其中包括烟粉虱(Bemisia tabaci)、斜纹夜蛾(Spodoptera litura)、二化螟(Chilo suppressalis)、白背飞虱(Sogatella furcifera)、灰飞虱(Laodelphax striatellu)和若干寄生蜂种类。自从2010年中国率先在国际上报道了2种昆虫(烟粉虱和褐飞虱)的转录组和表达谱以来,短短几年仅国内就已经有上百个昆虫转录组得到分析。同时,家蚕、东亚飞蝗和褐飞虱的功能基因组研究也取得了很大的进展,例如,用40个品系重测序揭示了家蚕在驯化过程中相关的基因变化,通过信号通路分析解析了东亚飞蝗散居型和群居型转换的分子机制,以及发现了2个胰岛素受体是控制稻飞虱长、短翅型可塑性发育的"分子开关"。在基因组和转录组基础上,通过基因功能的研究和挖掘,结合应用新的基因组定点编辑技术和RNAi技术,将使害虫的防治和益虫的利用出现革命性的变化。

昆虫外周嗅觉系统研究进展

嗅觉作为昆虫感知外界环境的主要手段之一,在觅食、防御、交配、繁殖、信息交流及栖息地选择等方面起着十分重要的作用。研究环境中或来自生物体的气味分子作用于昆虫感觉器官引起昆虫产生行为反应的机制,有助于人们了解昆虫的寄主识别、种间互作和种内交流等行为及制定害虫治理和益虫保护等策略。本文对昆虫嗅觉系统中气味分子的传导过程,及外周嗅觉系统相关蛋白的功能及研究现状进行综述。气味分子通过嗅觉感受器进入外周嗅觉系统,进而转化为电信号进入中枢神经系统进行加工处理。气味结合蛋白与气味分子进行结合,并将其运输到气味受体;化学感受蛋白也能够与气味分子结合,但其在昆虫体内具有更为广泛的功能;气味受体具有识别气味结合蛋白或化学感受蛋白传递而来的气味分子的功能,并将这种化学信号转化为电信号;离子受体在外周嗅觉系统具有和气味受体相似的作用,但其气味反应谱更窄;感觉神经元膜蛋白在气味分子的传递过程中可能起到的重要作用;气味降解酶也存在多种降解气味分子的假说。通过对昆虫外周嗅觉系统的研究进展进行梳理,为今后研究昆虫外周嗅觉系统提供参考。

昆虫体水分调控机制的研究进展

水是生命活动的基本介质,是发生积极生命活动所必需的条件之一。本文经综述了昆虫体水分调控机制的研究新进展。昆虫为适应不利的环境,逐渐形成了主要通过马氏管实现的对体内水分的多种调控机制:跨膜转运、穿细胞转运、逆向转运、缝隙转运和共同转运,起调控作用的成分主要为水分调节蛋白尤其是水通道蛋白、水分调节激素,并形成周期性活动习性以适应干燥的环境。

昆虫体内不同微生物间互作关系的研究进展

昆虫在某些发育阶段可感染不同种类的共生微生物,这些共生物在宿主生长、繁殖、适应环境及进化的过程中起重要作用。大量研究发现,昆虫体内的不同共生微生物并不是孤立存在和发生作用的,而是相互间不同程度地存在某些联系。本文以共生细菌为重点,综述了最近10多年来有关不同种共生细菌之间的关系,及共生细菌与其他昆虫相关微生物(病原细菌、真菌和病毒及昆虫共生真菌)之间相互关系的研究进展。其中,重点回顾了不同细菌在昆虫体内的共存和对宿主功能上的协作,昆虫中已经发生或可能正在发生的细菌取代,以及共生细菌对宿主的病原物敏感性的影响等方面的研究。最后对各种生物学技术大量应用于共生细菌研究的背景下此领域的研究前景进行了讨论。

入侵昆虫基因组研究进展

随着全球贸易的加速发展,入侵物种对农林业、生态环境及人类健康的威胁日益严重。基因组学研究为阐明外来有害生物入侵的分子机制与生态适应性过程以及研发新型防控技术提供了新手段、新平台与大数据。本文综述了入侵昆虫基因组学研究的发展现状,系统总结了基因/基因家族、转座子/重复序列等基因组信息在决定昆虫入侵性中的重要作用,着力探讨了基因组学研究在助力害虫RNAi、昆虫不育技术(SIT)、化学生态防治和物理防治等防控新技术/新产品开发方面的潜力,并展望了基因组学研究应用于入侵昆虫综合防控的前景。

昆虫类胰岛素及其功能研究进展

胰岛素是一类生物体内在进化上非常保守的具有调控代谢、生长、发育、生殖和寿命等多种功能的肽类激素。在昆虫中,以多基因家族编码的类胰岛素为主,在结构上与脊椎动物胰岛素同源。近年来,有关昆虫类胰岛素及其信号通路等方面已有较多研究,特别是对黑腹果蝇的研究,为人类胰岛素相关疾病诊断与治疗提供了较好的试验模型。本文主要介绍昆虫类胰岛素及其受体、类胰岛素表达与释放、类胰岛素信号通路及其在调控昆虫生殖、寿命、代谢、生长与发育和翅型分化等生理功能的最新研究进展,为促进其在害虫控制或天敌保护利用等方面的应用提供参考。

昆虫多巴胺及其受体的研究进展及展望

多巴胺(dopamine,DA)是一种重要的神经递质,通过特异地结合其相关的多巴胺受体(dopamine receptors,DARs)发挥作用。昆虫DARs可分为D1-like DARs,D2-like DARs和多巴胺/蜕皮激素受体(dopamine/ecdysteroid receptor,DopEcR)。D1-like DARs包含两种亚型即DOP1和DOP2,都能偶联G s蛋白引起胞内cAMP上升,且DOP2还能偶联G q蛋白引起胞内Ca 2+浓度升高;D2-like DARs只有一种亚型DOP3,偶联G i蛋白导致胞内cAMP下降;DopEcR可以同时被DA和蜕皮激素激活。本文综述了近年来关于昆虫DA的调控、多巴胺神经元、DARs的药理学特性及生理功能等方面的研究进展。DA合成、转运和降解过程中的基因调控昆虫的多种表型,如表皮黑化、翅的颜色和图案等。DA在多巴胺神经元中合成和释放,不同类型的多巴胺神经元参与调控不同的功能。随着近年来单细胞测序和DA实时成像技术的兴起,这将有利于进一步探讨特异神经元的功能。不同昆虫DARs的激动剂和拮抗剂活性存在很大异同,这些药理学差异将为以昆虫DARs为作用靶标开发高效选择性杀虫剂提供重要依据。DARs参与调控昆虫的多种生理与行为过程,如取食、学习、记忆、遗忘、求偶、交配、睡眠及觉醒等。随着CRISPR/Cas9技术在不同昆虫中成功地应用,以及结合模式昆虫黑腹果蝇中丰富的遗传学操作手段,这些都将有利于精准解析DARs的功能。

褐飞虱翅型分化调控机制的研究进展

昆虫翅多型作为生物可塑性发育的典型代表,是昆虫对复杂多变环境适应进化的结果。褐飞虱Nilaparvata lugens是一种典型的翅多型昆虫,若虫可发育成短翅型或长翅型成虫,后者的远距离迁飞特性造成褐飞虱在亚洲稻区大面积为害。20世纪60年代以来,前人针对褐飞虱翅多型的发生机理进行了大量研究,发现种群密度、寄主植物质量、温度和光周期等诸多环境因子以及保幼激素均能够影响翅型比例。近20年来,得益于基因组学、RNAi和基因编辑等生物技术的发展,褐飞虱翅型分化的分子机制研究取得了突破性进展,发现了褐飞虱翅型分化的开关基因FoxO,沉默或敲除FoxO会导致飞虱发育为长翅型;而胰岛素信号通路能够磷酸化FoxO抑制其进入细胞核,从而参与翅型分化调控;锌指转录因子Zfh1能够以启动子结合的方式调节FoxO的转录,与胰岛素信号通路平行调控翅型分化;另一个锌指转录因子Rotund能够与FoxO互作共同调控褐飞虱翅多型。此外,性别决定基因Transformer-2和c-Jun氨基末端激酶通路等也能够影响翅型分化,表明褐飞虱的翅型分化存在多样化的分子调控机制。鉴于半翅目不同亚目间的翅多型机制均有所不同,对褐飞虱翅型分化机制的解析远不足以阐明半翅目乃至整个昆虫纲的翅多型机制,但其研究成果能够引领未来对昆虫翅多型机制的探索研究,并加深人们对昆虫翅及组织可塑性发育与进化的理解。

耐草甘膦和啶嘧磺隆的转基因水稻研究

杂草防治是水稻生产中的重要环节。该研究将耐草甘膦基因CP4-EPSPS和耐除草剂基因P450-N-Z1转入粳稻品种秀水134中,筛选获得一个对草甘膦以及啶嘧磺隆均具有良好耐受性的转化体GF-9。田间试验结果显示,该转化体能够耐受1800 g·hm^(-2)(以酸当量计)草甘膦酸和30 g·hm^(-2)(以有效成分计)啶嘧磺隆活性成分的复合除草剂。分子特征鉴定结果表明,GF-9是单拷贝T-DNA转化体,其整合位点不在已知的注释基因中。田间初步试验表明,GF-9的田间表现型与非转基因对照相比无显著差异。综上所述,GF-9是具有潜在商业价值的转基因耐除草剂水稻转化体。

黑翅土白蚁新巢内蚁巢伞真菌菌种来源研究

目的 探索黑翅土白蚁Odontotermes formosanus Shiraki巢内菌圃上关键共生真菌蚁巢伞Termitomyces spp.的来源,为黑翅土白蚁的防治提供科学依据。方法 在野外捕捉黑翅土白蚁分飞繁殖蚁,待其脱翅配对后,分成4组(土壤带菌与不带菌、白蚁体表用蒸馏水冲洗与不冲洗)在室内条件下饲养,130d后拆开蚁巢检查巢内菌圃修建和白蚁生长情况。结果 分飞期捕捉到的黑翅土白蚁繁殖蚁室内配对后,在无外来菌种供给的情况下可成功建立具有蚁巢伞的菌圃,这类新巢群的比例占配对总数的20%~22%,使用蒸馏水反复冲洗繁殖蚁体表不影响菌圃出现蚁巢伞的新巢比例(20%);利用野外未灭菌的土壤饲养配对的黑翅土白蚁繁殖蚁,其菌圃内具有蚁巢伞的新巢比例明显提高,达到了33%。结论 黑翅土白蚁新巢内菌圃上蚁巢伞的菌种传播方式为垂直传播,新巢内菌圃上的蚁巢伞来源于繁殖蚁体内的肠道系统。不过,黑翅土白蚁的工蚁也可从自然环境中采集蚁巢伞真菌孢子,构建具有蚁巢伞的菌圃,提高新建巢群的存活比例。