荔枝蒂蛀虫海藻糖酶基因克隆及生物信息学分析

【目的】海藻糖酶(Trehalase,Tre)是昆虫体内海藻糖代谢的关键酶,通过专一性地将海藻糖分解为葡萄糖,在昆虫能量代谢和生长发育中发挥着重要的作用。旨在克隆荔枝蒂蛀虫(Conopomorpha sinensis Bradley)可溶型海藻糖酶基因(CsTre1)和膜结合型海藻糖酶基因(CsTre2),探讨其在荔枝蒂蛀虫不同发育阶段和不同组织中的表达模式,解析这2个基因及其酶蛋白的分子特征。【方法】利用荔枝蒂蛀虫转录组数据和RACE技术,克隆CsTre1和CsTre2的全长cDNA序列,并应用ORF Finder、ProtParam、SignalP 4.1、ProtScale、NetPhos2.0 Server和IQ-TREE等软件对其进行生物信息学分析;采用实时荧光定量PCR(RT-qPCR)分析CsTre1和CsTre2在荔枝蒂蛀虫不同发育阶段及成虫不同组织的mRNA表达模式。【结果】CsTre1的开放阅读框(ORF)长1701 bp,编码566个氨基酸,蛋白分子量为64.53 kD。CsTre2的ORF长1821 bp,编码606个氨基酸,蛋白分子量为69.08 kD。信号肽预测分析表明,CsTre1和CsTre2前端均有1个信号肽,其位置分别为1-16和1-17。蛋白二级结构分析结果显示,二者均主要由α-螺旋和无规则卷曲组成,CsTre1有24个Ser、15个Tyr、10个Thr可能成为蛋白激酶的结合位点,而CsTre2有27个Ser、10个Tyr、13个Thr可能成为蛋白激酶的结合位点。RT-qPCR结果显示,CsTre在荔枝蒂蛀虫的蛹和成虫期均有表达。在成虫期中,CsTre1的表达水平远高于CsTre2,且CsTre1在雄成虫第2 d和第5 d的表达水平陡然下降,在雌成虫中则保持稳定高表达。【结论】该研究成功克隆了荔枝蒂蛀虫的2个海藻糖酶基因,其分子特征及表达模式结果表明,CsTre1可能是荔枝蒂蛀虫主要调控海藻糖代谢的基因。研究结果可为阐明海藻糖酶基因的功能提供重要线索,为开展害虫防治策略的研究奠定基础。

家蚕微孢子虫海藻糖酶(Trehalase)基因的生物信息学分析及原核表达和多克隆抗体制备

海藻糖是家蚕微孢子虫(Nosema bombycis,Nb)成熟孢子的主要糖类物质之一,海藻糖酶作为海藻糖代谢的主要催化酶,在微孢子虫的发芽及侵染过程中发挥重要作用。通过生物信息学分析发现,家蚕微孢子虫的海藻糖酶具有4个序列相似度较高的编码基因拷贝(Nb Tre1、Nb Tre2、Nb Tre3和Nb Tre4),除了Nb Tre4编码蛋白质的N端有18个氨基酸组成的信号肽,其他拷贝的编码蛋白质均没有信号肽结构域,但都具有少数的N-糖基化位点,而没有O-糖基化位点,此外,丝氨酸磷酸化位点的比率也较高,二级结构较为简单,仅有螺旋区和低复杂度区。基于生物信息学分析结果,设计特异性引物克隆了Nb Tre1基因,该基因片段长933 bp,编码310个氨基酸,预测蛋白质分子质量36.7 k D,蛋白质的氨基酸序列有2个潜在的N-糖基化位点和14个磷酸化位点。通过构建重组表达载体并转化Escherichia coli Rosetta(DE3)感受态细胞,获得Nb Tre1蛋白的表达菌株,利用IPTG诱导获得大量以包涵体形式表达的融合Nb Tre1蛋白,其分子质量与预期值一致。融合Nb Tre1蛋白经亲和层析纯化后免疫新西兰白兔制备多克隆抗体,利用间接ELISA法测定多克隆抗体的效价达1∶25 600。通过Western blot检测验证了该多克隆抗体的特异性,制备的多克隆抗体能够应用于家蚕微孢子虫海藻糖酶的检测等。

印楝素抑制基因转录导致棉铃虫幼虫蜕皮变态异常的分子机理

印楝素是一种对鳞翅目如棉铃虫Helicoverpa armigera有良好防治效果的植物源农药。本研究采用室内毒力测定方法,荧光定量PCR(qRT-PCR)和代谢产物差异分析等方法,分析了饲喂印楝素后导致棉铃虫幼虫死亡的分子机理。首先统计分析了5龄和6龄棉铃虫幼虫饲喂不同浓度的印楝素后的表型、体质量、死亡率和化蛹率,结果表明印楝素导致棉铃虫幼虫体质量降低、死亡率升高和化蛹率降低。随后,通过qRT-PCR、酶活和内源物质含量测定,明确了印楝素抑制海藻糖的生物合成和分解,抑制20E下游基因转录表达,并降低了ATP含量。本研究结果表明印楝素通过抑制棉铃虫海藻糖的生物合成和分解,抑制20E信号通路基因转录,降低ATP产量,导致幼虫蜕皮变态失败,最终导致幼虫死亡。本研究对进一步探索印楝素导致棉铃虫死亡的机制和防治有害生物具有重要意义。

ATP合酶亚基d参与海藻糖代谢调控棉铃虫幼虫变态的分子机理

【目的】本研究旨在解析ATP合酶亚基d(ATP synthase subunit d, ATPs-d)参与海藻糖代谢调控棉铃虫Helicoverpa armigera幼虫发育和变态中的功能及分子机理。【方法】PCR扩增棉铃虫HaATPs-d的开放阅读框,并利用生物信息学方法对其序列及系统发育进行分析;利用qRT-PCR检测HaATPs-d在5龄蜕皮期幼虫和6龄幼虫表皮、中肠和脂肪体中及对20-羟基蜕皮酮(20-hydroxyecdysone, 20E)(0.1 mg/mL)响应的6龄幼虫脂肪体和表皮中的表达量;利用荧光拍照分析HaATPs-d在草地贪夜蛾Spodoptera frugiperda卵巢细胞系Sf9细胞中的亚细胞定位;采用酵母双杂交分析与HaATPs-d互作的蛋白;对棉铃虫6龄幼虫注射dsHaATPs-d,分析RNAi降低HaATPs-d的表达量对幼虫发育及变态和中肠中可溶性海藻糖酶活性和海藻糖含量的影响。【结果】棉铃虫HaATPs-d(GenBank登录号:LOC110375576)的开放阅读框长525 bp,编码174个氨基酸并具有较高的保守性,与草地贪夜蛾和斜纹夜蛾S.litura中的ATPs-d亲缘关系较近。HaATPs-d的表达高峰出现在6龄第3天幼虫表皮中,在中肠和肪体中的表达量均以在5龄蜕皮期幼虫中的最高。与对照相比,20E(0.1 mg/mL)显著上调6龄幼虫脂肪体和表皮中HaATPs-d的表达量。HaATPs-d是细胞质蛋白。与注射dsGFP对照组比较,HaATPs-d与棉铃虫可溶性海藻糖酶直接结合。棉铃虫6龄幼虫中敲低HaATPs-d的表达量导致幼虫发育迟缓,幼虫体重下降,幼虫死亡率升高,化蛹率和成虫羽化率降低,中肠中可溶性海藻糖酶活性显著下降和海藻糖含量显著上升。【结论】HaATPs-d通过与棉铃虫可溶性海藻糖酶的直接结合控制幼虫体内可溶性海藻糖酶性和海藻糖含量,进而影响幼虫变态中的糖源,最终控制幼虫的变态。

旋毛虫海藻糖酶(TsTRE)蛋白的表达及其间接ELISA抗体检测方法的建立

目的 以原核表达的旋毛虫海藻糖酶(Trichinella spiralis trehalase, TsTRE)重组蛋白作为检测抗原,建立间接ELISA抗体检测方法。方法 本实验采用RT-PCR技术扩增TsTRE基因,将其与pCold I表达质粒连接并于E.coli BL21感受态细胞中表达。应用亲和柱层析技术获得纯化rTsTRE,分别利用间接免疫荧光技术和Western-blot技术定位TsTRE和检测rTsTRE的免疫反应原性。与此同时,以rTsTRE蛋白为包被抗原建立间接ELISA抗体检测方法,并对其抗原包被浓度和待测血清稀释度、抗原包被条件、封闭液种类和封闭条件、酶标二抗稀释度和孵育条件、TMB显色时间等进行优化。确定该方法的临界值及评估该方法的重复性、敏感性、特异性和临床检出率等性能。结果 免疫荧光结果显示,在肌幼虫的杆状体、尾部和表皮等部位含有大量的海藻糖酶;Western-blot结果显示,rTsTRE可结合感染旋毛虫42 d小鼠的阳性血清且蛋白分子量约为60 kDa。建立的间接ELISA抗体检测方法的阳性临界值为0.384;批内和批间变异系数分别在5.504%~7.630%和4.664%~9.929%,且均不超过10%;最低检出效价为1∶1 280;与华支睾吸虫、血吸虫、猪蛔虫、猪弓形虫和弓首蛔虫抗体均无交叉反应,特异性较强;临床阴性检出率为0%。结论 本实验成功表达rTsTRE,以该蛋白为包被抗原建立的间接ELISA检测方法具有良好的重复性、敏感性、特异性和临床检测性,可应用于临床样本的检测。

ATP合酶亚基α在棉铃虫幼虫变态中的功能机理分析

【目的】本研究旨在解析ATP合酶亚基α(ATP synthase subunit α, ATPs-α)在棉铃虫Helicoverpa armigera变态和发育中的功能机理。【方法】PCR扩增棉铃虫ATPs-α基因开放阅读框,并进行生物信息学分析;利用qRT-PCR检测HaATPs-α在棉铃虫5龄蜕皮期和6龄第1-5天幼虫表皮、中肠和脂肪体中及外源20-羟蜕皮酮(20-hydroxyecdysone, 20E)(0.1 mg/mL)处理后6龄幼虫表皮和脂肪体中的表达量;对棉铃虫6龄幼虫注射dsHaATPs-α,分析RNAi降低HaATPs-α的表达量对幼虫发育及变态及其体内ATP含量、海藻糖和葡萄糖含量以及海藻糖酶活性的影响。【结果】棉铃虫HaATPs-α的开放阅读框长1 677 bp,棉铃虫、草地贪夜蛾Spodoptera frugiperda、斜纹夜蛾S.litura和粉纹夜蛾Trichoplusia ni这4种鳞翅目(Lepidoptera)夜蛾科(Noctuidae)昆虫的ATPs-α氨基酸序列一致性为96.56%,且亲缘关系较近。表达模式分析结果显示,HaATPs-α在6龄第3天幼虫表皮和中肠中表达量最高,在5龄蜕皮期脂肪体中出现表达高峰;20E(0.1 mg/mL)处理较对照显著上调6龄幼虫中HaATPs-α的表达量。与对照组(注射dsGFP)相比,利用RNAi敲低HaATPs-α表达量后,幼虫发育迟缓,幼虫体重显著下降,幼虫死亡率显著升高,化蛹率和成虫羽化率显著降低,ATP含量和海藻糖酶活性均显著降低,海藻糖含量显著升高,葡萄糖含量显著降低。【结论】HaATPs-α不仅控制棉铃虫ATP的产量,同时还影响着海藻糖和葡萄糖的含量,因此,HaATPs-α在幼虫变态中发挥着重要作用。本研究结果还可为将来利用ATPs-α作为有害生物防控的新靶标提供实验证据和理论依据。

昆虫海藻糖酶的基因特性及功能研究进展

海藻糖酶(Treh)是昆虫能量代谢必不可少的一类酶,亦是昆虫体内几丁质合成通路的第一个酶。其基因表达和酶活性直接与正常发育、蜕皮、变态以及繁殖等昆虫重要生理过程密切相关。目前已有多种昆虫的海藻糖酶基因被成功克隆,从而发现昆虫海藻糖酶基因家族由多个成员组成。海藻糖酶基因所编码的蛋白大多数具有一个信号肽前导区,部分蛋白拥有1～2个跨膜结构域,根据是否具有跨膜结构,可将其分为可溶性海藻糖酶(Treh1)和膜结合型海藻糖酶(Treh2)两类,膜结合型海藻糖酶具有2个特有的标签序列,即"PGGRFREFYYWDSY"和"QWDYPNAWPP"。海藻糖酶的主要功能是将胞外和胞内的海藻糖降解成葡萄糖,为昆虫的生命活动提供能量。具体表现为两个方面,一是参与昆虫几丁质合成途径,从而调控表皮、中肠等处的几丁质合成;二是通过与激素的协同作用,调控昆虫体内海藻糖和葡萄糖等糖类物质的浓度变化,从而有效保护体内细胞的适应并渡过相应的逆境环境,并提高其抗逆能力。鉴于海藻糖酶的重要功能,其已成为害虫控制的潜在新靶标。不同类型海藻糖酶的功能研究及酶抑制剂的研发与应用将进一步推动害虫生物防治的发展。

灰飞虱海藻糖酶基因的克隆及RNA干扰效应

RNA干扰(RNAi)不但可以用于研究基因的功能,还可以通过沉默靶标基因干扰特定的生命过程。因此,通过深入研究,发掘高效专一性靶基因和RNAi技术,有可能开辟针对性的害虫RNAi防控新途径。本研究通过灰飞虱Laodelphax striatellus转录组数据分析并结合RACE技术,克隆了灰飞虱两种海藻糖酶的全长基因,分别命名为LSTre-1和LSTre-2,其GenBank登录号分别为JQ027050和JQ027051。它们均具有海藻糖酶基因的典型特征,与已报道的其他昆虫的海藻糖酶基因具有很高的相似性,并表现出一定的虫种亲缘关系。其中LSTre-1为水溶性海藻糖酶基因,全长2042 bp,开放阅读框编码602个氨基酸,前端有25个氨基酸的信号肽,但无跨膜结构域;LSTre-2为膜结合型海藻糖酶基因,全长2619 bp,开放阅读框编码618个氨基酸,前端有26个氨基酸的信号肽,有2个疏水性跨膜结构域。利用喂食法研究2种海藻糖酶基因dsRNA对灰飞虱的致死效应,发现靶向水溶性酶基因的干扰效应略高于靶向膜结合型的,但两种海藻糖酶基因的dsRNA都可以显著抑制灰飞虱海藻糖酶基因的表达,降低其活力,还能显著抑制试虫的生长,大幅增加试虫死亡率。结果提示,通过适宜途径干扰海藻糖酶基因可以开发防治灰飞虱的新途径。

家蚕对BmNPV抗病性与中肠消化酶活性的关系

对6个现行家蚕品种中肠消化酶活性与家蚕对BmNPV病毒抗性比较与分析,以期寻找现行家蚕品种消化酶的活性与抗性的关系,为辅助家蚕育种及品种推广奠定基础。以DNS法测定不同品种海藻糖酶活性,以Fo-lion-酚法测定不同品种蛋白酶活性,以及以铜皂法测定脂肪酶活性,同时对不同品种家蚕4龄起蚕经口添加BmN-PV病毒进行抗性调查分析。结果表明,蛋白酶、脂肪酶酶活顺序为664×663较低,667×668相对较高,其他品种处于中间层次,对应抗性测定结果的相关分析表明,活性越强抗性越强,呈显著正相关关系;而海藻糖酶的活性与抗性的关系没有较好的相关性。因此,家蚕中肠消化液的蛋白酶、脂肪酶可能与家蚕对BmNPV病毒抗性有关。

寄主转换对B型烟粉虱和温室粉虱海藻糖含量和海藻糖酶活性的影响

【目的】研究海藻糖及海藻糖酶在B型烟粉虱寄主谱扩张及与温室粉虱的竞争适应过程中的作用。【方法】以番茄饲养的B型烟粉虱与温室粉虱转移取食嗜好(棉花、甘蓝)或非嗜好(玉米)寄主植物后,其体内海藻糖含量及海藻糖酶活性的变化和响应。【结果】改变寄主会使B型烟粉虱和温室粉虱的海藻糖含量降低,其中棉花的作用最为明显,分别比对照减少了33%和25%;将植物种类转换为B型烟粉虱嗜好、温室粉虱亦可利用的寄主棉花或B型烟粉虱嗜好而温室粉虱非嗜好的寄主甘蓝,两种粉虱海藻糖含量的变化基本一致,而在两种粉虱非嗜好寄主玉米上B型烟粉虱(112.6%)较温室粉虱(60.8%)的恢复能力强、稳定性能好。尽管改变寄主对两种粉虱海藻糖酶比活力的作用不明显,但对海藻糖酶比活力变化趋势的影响却明显不同;转换不同种类的寄主B型烟粉虱海藻糖酶比活力的动态趋势基本一致,而温室粉虱却不尽相同;在非嗜好寄主玉米上两种粉虱海藻糖酶比活力的变化动态虽相仿,但B型烟粉虱的恢复能力较温室粉虱强。【结论】海藻糖酶在B型烟粉虱寄主谱扩张及与温室粉虱的竞争适应过程中可能起重要作用。

飞蝗可溶型海藻糖酶基因的序列分析及mRNA表达特性

海藻糖酶是海藻糖代谢过程中的一个关键酶,在昆虫发育和能量调节中具有重要作用,为进一步探讨海藻糖酶基因的功能,本文分析了飞蝗Locusta migratoria一可溶型海藻糖酶基因的氨基酸序列并对其mRNA表达特性进行了研究。结果表明:该海藻糖酶(TRE,GenBank登录号:FJ795020)不含有跨膜结构。系统进化树分析结果显示,该酶与大豆蚜Aphis glycines、豌豆蚜Acyrthosiphon pisum、褐飞虱Nilaparvata lugens和灰飞虱Laodelphax striatella可溶型海藻糖酶具有较近的亲缘关系,因此我们将该酶的基因命名为LmTre-1。对该基因在不同组织和发育时期表达量的荧光定量PCR分析表明:LmTre-1在卵发育前期、中期的表达量都很低,卵发育后期表达量显著提高;LmTre-1在5龄若虫和成虫被检测的组织部位中均有表达,在体壁中的表达量最高,其次是在脂肪体、肌肉、气管、精巢及卵巢中;5龄飞蝗刚蜕皮后LmTre-1在体壁中的表达量较高,随着生长发育其表达量逐渐降低;LmTre-1在成虫发育期体壁中稳定高表达。LmTre-1的mRNA表达特性与几丁质合成酶1基因非常相似,据此推测该基因可能与体壁几丁质的合成相关。本研究为深入探讨该基因的生理功能提供了重要的基础数据,并为以海藻糖酶为杀虫靶标的农药筛选奠定实验基础。

褐飞虱海藻糖酶基因在表皮几丁质代谢中的调控作用

【目的】昆虫海藻糖酶能够调控几丁质代谢并控制蜕皮过程。本研究通过TRE表达被抑制后,检测褐飞虱(Nilaparvata lugens)蜕皮状况、几丁质含量及几丁质合成酶(chitin synthase,CHS)和几丁质酶(chitinase,Cht)基因表达情况,探究不同的海藻糖酶(trehalase,TRE)在褐飞虱表皮中对几丁质代谢的调控作用。【方法】采用RNAi技术,以实验室饲养种群褐飞虱为材料,通过向其体内注射双链RNA(dsRNA)分别抑制单个海藻糖酶基因或同时抑制多个海藻糖酶基因,注射48 h后通过Trizol法提取褐飞虱总RNA,反转录试剂盒合成第一链DNA后采用实时荧光定量PCR(qRT-PCR)技术检测该基因的表达情况,确定RNAi效果。氢氧化钾法测定48 h褐飞虱整体几丁质含量变化并对蜕皮困难虫体进行拍照;最后采用qRT-PCR检测褐飞虱CHS和Cht在mRNA水平上的相对表达量变化,分析TRE在调控几丁质代谢中的作用。【结果】与注射dsGFP相比较,其余各注射组褐飞虱整体几丁质含量显著下降,其中dsTRE1混合注射组与Validamycin注射组呈极显著下降,同时褐飞虱出现蜕皮困难等现象。qRT-PCR检测结果显示单个TRE的dsRNA注射后该基因的表达被抑制,但是部分TRE的表达有互补性上升。其中TRE1-2和TRE2在各注射组处理下表达均下降,dsTRE1s对TRE2的表达也有抑制效果,整体上dsTRE1混合注射组和海藻糖酶抑制剂Validamycin抑制效果明显;dsTRE注射组抑制CHS表达效果不明显,Validamycin能够显著降低CHS1和CHS1a在表皮中的表达,且2种dsTRE1注射后CHS1表达在上升,dsTRE1-2注射后表皮中的CHS1a的表达上升;Cht1和Cht8在dsTRE各注射组及Validamycin处理中表达下降或显著下降,dsTRE1-1注射后Cht2和Cht5表达显著上升;dsTRE1-2注射后Cht1、Cht6和Cht8表达下降,Cht2和Cht4表达显著上升;dsTRE2处理组中Cht1、Cht8和Cht10表达下降而Cht9表达显著上升;dsTRE1s注射后,Cht1和Cht5表达显著下降,而Cht9表达显著上升;Validamycin注射组中10个几丁质酶基因表达都显著或者极显著下降。【结论】TRE能够通过调控褐飞虱几丁质代谢途径来控制几丁质的合成,结果可为开展和筛选有效的海藻糖酶抑制剂控制褐飞虱等害虫提供理论依据。

闹羊花素-Ⅲ对菜青虫海藻糖含量及海藻糖酶活性的影响

闹羊花素 Ⅲ (Rhodojaponin Ⅲ ,简称R Ⅲ )能显著降低 5龄菜青虫血淋巴和肌肉海藻糖含量。R Ⅲ以每虫 1～ 10 μg处理试虫后 6 0h ,血淋巴海藻糖酶活性明显受抑制。R Ⅲ对肌肉海藻糖酶活性的影响依剂量不同而异。处理后 6 0h内 ,10 μg处理时无明显影响 ,3～ 5 μg处理则有可逆性激活作用 ,1μg处理则在 6

几种植物源化合物对棉铃虫海藻糖酶活性及相关碳水化合物含量的影响

碳水化合物对昆虫的能量代谢和物质合成具有重要的作用。本研究选用2种一般性生物碱(氢溴酸东莨菪碱和烟碱)以及2种β-葡萄糖苷类化合物(七叶灵和皂角苷),研究其在不同浓度下对棉铃虫Helicoverpa armigera(H(u|¨)bner)幼虫体内海藻糖酶活性及相关碳水化合物代谢的影响。结果表明:用饲喂法处理3龄幼虫96 h后,皂角苷对棉铃虫幼虫的活体抑制效果明显,且随添加物浓度增高,棉铃虫死亡率上升,10,20,40 g/L浓度下棉铃虫的均重分别是0.194,0.089和0.034 g,分别为对照的86.99%,39.91%和15.24%。对海藻糖酶活性及其相关代谢酶的测定结果表明,2种苷类化合物显著抑制中肠海藻糖酶活性,饲喂40 g/L皂角苷的试虫中肠海藻糖酶比活力仅是对照组的54.21%;饲喂30 g/L七叶灵的试虫中肠海藻糖酶比活力为对照组的83.73%。而2种生物碱类化合物显著抑制血淋巴和脂肪体中海藻糖酶活性,20 g/L氢溴酸东莨菪碱对棉铃虫血淋巴和脂肪体组织的海藻糖酶活性抑制率分别为7.24%和71.43%;而20 g/L烟碱对试虫血淋巴和脂肪体组织的海藻糖酶活性抑制率为26.29%和33.44%。用氢溴酸东莨菪碱、烟碱和七叶灵处理试虫后,血淋巴海藻糖含量都有所增高。4种化合物能够导致试虫糖原磷酸化酶活性变化,其中,皂角苷在中肠和脂肪体表现为显著抑制作用,而随外源化合物浓度变化,糖原含量和糖原磷酸化酶活性表现为此消彼长关系。饲喂4种植物源化合物的试虫血淋巴中葡萄糖浓度变化和其海藻糖变化一致。本研究证明β-葡萄糖苷类化合物是海藻糖酶抑制剂,在作为先导化合物进行农药创制开发方面具有重要意义。

飞蝗海藻糖酶基因的分子特性及功能

【目的】海藻糖酶(trehalase)可专一性地将一分子海藻糖水解成为两分子葡萄糖,在昆虫能量代谢和几丁质合成过程中发挥重要作用,因此,海藻糖酶已成为害虫控制的潜在靶标。本研究以重要农业害虫飞蝗(Locusta migratoria)为材料,探讨海藻糖酶基因的分子特性及生理功能,为飞蝗的有效治理提供理论依据。【方法】通过搜索飞蝗转录组和基因组数据库,获得4个海藻糖酶基因cDNA全长序列,运用blast、TMHMM和SignalP等相关软件分析其序列特征;利用ClustalW进行海藻糖酶全长氨基酸序列比对,MEGA7构建海藻糖酶的系统进化树;运用reverse transcription-quantitative PCR(RT-qPCR)技术研究4个海藻糖酶基因在5龄若虫不同组织及发育日龄的表达特性;体外合成4个基因的dsRNA后,分别注射5龄第2天若虫,同时注射dsGFP作为对照,收集注射dsRNA 48 h后的整虫提取RNA,反转录成cDNA后,采用RT-qPCR技术检测海藻糖酶基因以及几丁质合成关键基因UDP-N-乙酰葡糖胺焦磷酸化酶基因LmUAP1和几丁质合成酶1基因LmCHS1的表达量,并观察记录表型。【结果】飞蝗4个海藻糖酶均含有海藻糖酶的2个功能保守区以及1个甘氨酸富集区,其中1个海藻糖酶具有跨膜结构域,将其命名为LmTre(GenBank M登录号:KX371563),1个海藻糖酶具有类跨膜结构,将其命名为Lm Tre M-like(Gen Bank登录号:KX371565),其余2个均为可溶性海藻糖酶,分别命名为LmTreS1和LmTreS2(GenBank登录号:KX371564和FJ795020);系统发育分析结果显示,LmTreM和LmTreM-like与膜结合型海藻糖酶聚为一支,而LmTreS1和LmTreS2与可溶性海藻糖酶聚为一支;对4个基因在5龄若虫不同组织部位和发育日龄表达量的分析表明LmTreM、LmTreS1和LmTreS2具有组织特异表达特性,而LmTreM-like在所有组织部位中均表达,且4个海藻糖酶基因呈现出不同的发育变化趋势;RNAi结果表明,分别注射飞蝗4个海藻糖酶基因dsRNA至5龄若虫后,与对照组相比,各基因表达量均显著降低,且不存在基因间的交叉干扰,几丁质合成关键基因LmUAP1和LmCHS1的表达也无显著变化,注射各海藻糖酶基因dsRNA的5龄若虫均可成功蜕皮至成虫。【结论】飞蝗存在1个膜结合型、1个类膜结合型和2个可溶性海藻糖酶基因,这4个基因具有不同的组织和发育表达特性,任一基因的表达沉默均不影响5龄飞蝗正常蜕皮至成虫。

替代寄主被川硬皮肿腿蜂寄生后主要糖类含量及水解酶系活力的变化

川硬皮肿腿蜂雌成蜂寄生其替代寄主后 ,糖原、海藻糖、还原糖等机体成分的含量和α -淀粉酶及海藻糖酶的活力发生了显著的变化。寄生后糖原 (1～ 6d)、海藻糖 (1～ 3d)含量显著下降 ,第 10天达最低值分别为 0 7190mg·g- 1 、1 384 4mg·g- 1 ,比寄生当天分别降低了 98 4 7%、92 2 1% ;同时 ,还原糖 (以葡萄糖为主 )总量则逐渐上升 ,第 10天达最高值 13 3416mg·g- 1 ,是寄生当天的 14 8倍。寄生后第 1～ 3天 ,α -淀粉酶、海藻糖酶等水解酶系的活力迅速上升 ,第 3天达最大值 ,分别为 82 5 816 μmol·g- 1 min- 1 、896 72 37μg·g- 1 min- 1 ,然后逐渐下降 ,到第 10天接近寄生当天的水平。本文还就替代寄主的糖代谢 。

麦红吸浆虫滞育期间海藻糖酶和山梨醇脱氢酶活性的变化

对不同滞育阶段麦红吸浆虫海藻糖酶和山梨醇脱氢酶的活性进行了测定。结果表明，麦红吸浆虫落土滞育前，其幼虫的海藻糖酶活性最高，入土后其活性迅速下降，到9月中旬活性开始上升，随后呈下降趋势，之后又迅速升高至滞育年周期中的最高水平；不同滞育阶段麦红吸浆虫从脱离麦穗到当年11月以前，一直未检测到山梨醇脱氢酶活性，翌年2～4月，山梨醇脱氢酶的活性急剧增加，至04—20达到整个滞育期间的最高值（0．5042OD／（mL·min））；相同滞育阶段，裸露幼虫海藻糖酶活性和山梨醇脱氢酶活性较结茧幼虫略高，并表现出相同的变化趋势；不同滞育年限麦红吸浆虫海藻糖酶活性和山梨醇脱氢酶活性无明显差异。

五种昆虫可溶性海藻糖酶活性比较

采用葡萄糖氧化酶法,比较测定了亚洲玉米螟[Ostrinia furnacalis(Guenée)]、黏虫[Mythimna separata(Walker)]、棉铃虫[Helicoverpa armigera(Hübner)]、小菜蛾[Plutella xylostella(Linnaeus)]和甜菜夜蛾[Spo-doptera exigua(Hübner)]5种农业害虫的不同生活史阶段及5龄幼虫各组织中可溶性海藻糖酶活性的变化情况。活性测定结果表明:5种昆虫卵中海藻糖酶的活性最低,其次为蛹和初孵幼虫,取食阶段海藻糖酶的活性比较高,随着幼虫龄期的增加,海藻糖酶的活性也随着升高。亚洲玉米螟、黏虫、棉铃虫和甜菜夜蛾不同组织部位海藻糖酶的活性研究表明,亚洲玉米螟和棉铃虫中肠中海藻糖酶的活性最高,分别为316.17和39.35mU/mg,而甜菜夜蛾体壁中海藻糖酶活性最高,达到139.99mU/mg。黏虫脂肪体中海藻糖酶活性最高,为11.19mU/mg。不同昆虫间海藻糖酶的活性差异较大,玉米螟和甜菜夜蛾各组织的海藻糖酶活性较高,而黏虫各组织部位海藻糖酶的活性很低。

海藻糖代谢及其调控昆虫几丁质合成研究进展

海藻糖为一种非还原性糖,广泛存在于细菌、藻类、真菌、植物和无脊椎动物中。海藻糖被称为昆虫"血糖",源于该糖为昆虫血淋巴中的主要糖类物质,在昆虫生长、发育、蜕皮等正常生理活动中有着重要的作用。昆虫的海藻糖先由海藻糖合成酶(trehalose-6-phosphate synthase,TPS)生成海藻糖-6-磷酸,然后通过海藻糖磷酸脂酶(trehalose-6-phosphate phosphatase,TPP)最终合成海藻糖,在能量需求时通过海藻糖酶(trehalase,TRE)降解为葡萄糖,用于能量供给。几丁质为昆虫表皮、中肠围食膜和气管系统的主要组成成分,昆虫在发育过程中需要蜕掉旧表皮,形成新的表皮,该过程一直是害虫控制的重要靶标途径。海藻糖酶为昆虫几丁质合成途径的第一个酶,在几丁质合成通路中有着重要的功能。那么海藻糖代谢又是如何调控几丁质合成途径来控制昆虫的蜕皮及几丁质代谢的呢?随着国内外海藻糖代谢相关基因功能研究的深入开展,研究结果表明昆虫海藻糖供给在几丁质合成中具有重要的作用,海藻糖酶分为可溶性和膜结合型两类,可溶性TRE和TPS在不同昆虫种类中具有多个同源基因,表明昆虫海藻糖代谢进化途径多样化。其次,海藻糖代谢直接调控几丁质合成途径,不论是海藻糖合成酶还是海藻糖酶基因的低表达,均能控制海藻糖使其供给不平衡,从而导致几丁质合成途径受阻,特别是几丁质合成酶基因表达降低而造成几丁质含量下降,该调控作用可进一步引起昆虫蜕皮困难、翅发育畸形等,甚至大量死亡。再次,海藻糖酶抑制剂能够抑制可溶性和膜结合型两类海藻糖酶活性、引起几丁质合成通路相关基因及几丁质酶基因表达的显著下降,导致几丁质含量显著降低,产生高比例的昆虫个体死亡。这些结果充分表明,一旦昆虫海藻糖代谢的供给平衡被打破,会直接影响到昆虫的几丁质合成乃至昆虫的蜕皮与发育过程。本文综述前人在海藻糖代谢调控几丁质合成方面的最新研究成果,为将来开发和利用海藻糖酶抑制剂及海藻糖合成酶抑制剂等绿色农药防治害虫提供理论依据。

海藻糖的应用及基因工程研究

简述了海藻糖的功效、生物制备、基因工程及其在医药和抗逆植物基因工程等领域中最新研究进展。并对昆虫体内海藻糖酶基因的研究进展及其前景加以展望。