MSAP在水稻害虫白背飞虱中的应用研究

甲基化敏感的扩增多态性分析方法 (MSAP)是在扩增片段长度多态性技术基础上建立起来的主要用来检测样品基因组DNA甲基化情况的一种方法,特别适用于全基因组范围内检测CCGG位点的胞嘧啶甲基化情况,在高等动物和许多植物上已广泛应用,但尚未有在昆虫中应用该方法的报道。从DNA提取、酶切基因组DNA用量、酶切和接头连接时间、电泳图谱显影方法等方面对MSAP方法进行了改进,并在水稻重要害虫白背飞虱上得到成功应用。这为将来在其它昆虫中使用该方法研究基因组DNA甲基化情况提供了一定借鉴和指导价值。且通过比较白背飞虱雌雄性别间和长短翅型间的MSAP图谱,发现雌雄性别间和长短翅型间的基因组DNA甲基化式样都存在明显的差异,说明DNA甲基化可能参与了性别和翅型分化的调节。

昆虫DNA甲基化的特点和功能

DNA甲基化为表观遗传修饰的一种主要形式,对基因表达的调控具有重要作用。近年来随着有关昆虫DNA甲基化的研究和报道增多,发现昆虫DNA甲基化除了与高等哺乳动物有一定的相似性之外,还具有独特的特点和功能。本文就昆虫DNA甲基化的主要特点和功能进行了综述,以期为进一步研究昆虫DNA甲基化提供借鉴和参考。不同昆虫所具有的DNA甲基转移酶种类和性质差异较大,且昆虫DNA甲基化具有甲基化水平较低、主要发生在基因区等特点,其功能主要涉及到调节胚胎发育、参与基因组印迹、调控级型和翅型分化、影响性别决定、介入抗药性形成等。

昆虫JHE基因结构及与甲基化相关的CpG O/E值分析

本研究选择西方蜜蜂Apis mellifera、黑腹果蝇Drosophila melanogaster、致倦库蚊Culex quinquefasciatus和家蚕Bombyx mori 4种昆虫为例,以降解保幼激素的特异性酯酶(juvenile hormone esterase,JHE)为研究对象,首先运用NCBI的Spidey在线软件将各昆虫的JHE基因与其相应的基因组序列作比对,分别确定各昆虫JHE基因的上游2000 bp的具体序列和外显子及内含子区域。发现西方蜜蜂JHE基因含有7个外显子和6个内含子,而其余三种昆虫的JHE基因均含有6个外显子和5个内含子。接着,分别统计基因各区域的CpG,G,C位点的占有量,并计算出CpG O/E值(CpG位点的实际值与期望值之间的比值),发现各区域CpG O/E平均值的大小依次为:基因上游2000 bp区>内含子区>外显子区,基因上游2000 bp区的CpG O/E平均值大于1.0,而第1到第4外显子的CpG O/E平均值均只有0.8左右。表明在昆虫JHE基因中,若有CpG甲基化位点发生,应主要发生在第1到第4外显子区域。

褐飞虱可溶性蛋白SDS-PAGE电泳分析

采用SDS-PAGE电泳分析褐飞虱成虫和各龄期若虫的可溶性蛋白,结果表明,成虫各类样品中,条带数量基本相同,只发现一条雌性成虫所特有的蛋白条带,而多数条带在不同翅型或性别样品中存在着含量差异。如有4条条带在长翅型中的含量明显高于短翅型中的含量;在雌、雄成虫样品的比较中则发现2条条带在雄虫中含量高于雌虫,而另有3条条带在雌虫中含量高于雄虫。若虫样品随着龄期升高,条带逐渐增多,发现有4条条带在各个龄期中均有表达,1条条带只在5龄若虫样品中出现,另有1条条带从4龄期开始出现。此外,还发现有2条条带在长翅芽若虫样品中的含量(9.029,9.563 ng/μL)明显高于短翅芽若虫样品中的含量(5.133,3.111 ng/μL)。并讨论了这些差异条带与翅型或性别分化方面的关系。

白背飞虱成虫不同翅型的形态测量学比较

[目的]了解水稻重要害虫白背飞虱成虫长翅型个体和短翅型个体在形态测量学方面的具体差异。[方法]利用Nikon体视显微镜操作系统(nikon digital sight DS-QilMC)对白背飞虱长、短翅型成虫前翅和后翅进行详细观察和测量。[结果]短翅型雌虫的后翅与前翅的比率为0.29±0.03,与长翅型雌、雄成虫相应的比值(分别为0.83±0.01、0.84±0.02)差异显著;长翅型雌虫前翅与短翅型雌虫前翅的比率为2.11±0.04,后翅的比率为6.21±0.05,两者差异达显著水平。此外,还发现短翅型白背飞虱雌成虫前翅中的横脉至翅尾长度与前翅长度的比值只有0.231+0.024,明显小于白背飞虱长翅型雄成虫和长翅型雌成虫的比值(0.387+0.012、0.388+0.012),差异达显著水平。[结论]短翅型雌成虫的前、后翅并未按同等比例缩小,且短翅型雌成虫前翅中的横脉更靠近翅尾。该研究结果将有助于进一步了解稻飞虱翅二型现象的本质。

白背飞虱18S核糖体基因克隆及系统发育

以白背飞虱Sogatella furcifera长翅雌虫为材料,提取其基因组DNA,以已知的半翅目昆虫18S rDNA全序列和白背飞虱18S rDNA部分序列为参考,通过PCR扩增出白背飞虱18S rDNA的未知部分序列,最后通过拼接,首次得到了白背飞虱18S rDNA的全长序列,长度为1 891 bp,碱基组成比例均衡,分别为:24.1%A;23.7%C;27.7%G;24.5%T。将此全长序列与分属6个目(半翅目、双翅目、膜翅目、直翅目、鞘翅目、等翅目)昆虫的18S rDNA序列进行比较,一共发现有4个保守区域,其中第二个区域发生插入或缺失的情况最少。以18S rDNA第二保守区域进行系统发育分析,发现原同翅目昆虫多数均与半翅目昆虫菜蝽亲缘关系较近,但原同翅目飞虱科昆虫,如白背飞虱、褐飞虱则与半翅目昆虫菜蝽的亲缘关系较远,表明近年来将原同翅目昆虫全部划归为半翅目还有待商榷之处。

利用生物工程技术生产蜘蛛丝的研究进展

蜘蛛丝是一种高分子蛋白纤维,具有高强度、高弹性等许多重要的优良特性,在军事、医学、工业、建筑、纺织等领域具有广泛而巨大的应用。然而蜘蛛的产丝量小,且无法高密度养殖以获取大量的蜘蛛丝,难以满足实际应用的需要。于是人们只能着眼于生物工程方法,即将蜘蛛丝蛋白基因转入其它生物体来表达生产蜘蛛丝蛋白,经过多年的研究,已取得很多重要的进展。对蜘蛛丝蛋白在微生物、植物、哺乳动物及家蚕等不同生物载体中表达的研究进展进行重点阐述,并探讨了已有研究的不足和今后研究展望,为进一步探索和研发蜘蛛丝的规模化生产方法提供借鉴与参考。