非编码RNA调控真社会性昆虫品级分化和个体分工的研究进展

真社会性昆虫是最具代表性的表型可塑性的研究对象之一,其个体之间分工协作的社会性生活方式增强了整个群体的环境适应性和繁殖力。真社会性昆虫虽然具有相同的遗传背景,个体之间却表现出明显的品级分化和个体分工,这是由环境和遗传共同影响的。表观遗传被认为是应对环境条件下重塑基因表达的主要机制,非编码RNA作为一类广泛参与机体生命活动的不编码蛋白的功能性RNA,在真社会性昆虫的品级分化、个体分工等方面起着重要的调控作用。本文从微小RNA、长链非编码RNA、环状RNA、与PIWI蛋白相作用的RNA等非编码RNA,对蜜蜂、蚂蚁及白蚁等真社会性昆虫的非编码RNA调控机制研究进展进行了综述,以加深对真社会性昆虫内在遗传分子基础的理解和认识,也为害虫防治领域提供新的研发视角。

跨界小RNA调控昆虫与寄主植物及病原微生物互作的研究进展

小RNA(small RNA,sRNA)是一类序列短于300 bp的非编码RNA,它在生物体的细胞生长、分裂、分化、增殖和凋亡过程中发挥着重要的调控作用。近年来的多项研究表明,sRNA还可以作为信号分子在物种之间传递,以跨界方式发挥调控作用。除了视觉和化学信息,生物个体之间还可以利用多种分子信号传递和实现信息交流,其中,sRNA分子不仅可以在生物个体内移动和调控基因表达,还可以作为1种分子信号跨越物种发挥动物、植物和微生物互作关系的信息纽带作用。作为地球上物种数量最多、生态位最丰富的类群,昆虫体内存在多种外源sRNA分子。本文分析了sRNA介导跨界调控的分子基础,综述了近年来关于外源sRNA通过生物互作进入昆虫体内,跨界调控昆虫基因表达,影响昆虫与寄主植物及病原微生物之间互作关系的研究进展,并分析了sRNA介导的跨界RNAi对昆虫生态适应性的影响以及在害虫防控中的应用前景。昆虫和植物之间sRNA分子的跨界转移可以调控植物抗虫性和社会性昆虫的品级分化,微生物的sRNA进入昆虫体内可以辅助病原微生物的侵染或影响寄生蜂的发育。利用基因工程改造或人工表达外源sRNA进行跨界调控是研发害虫高效生防产品的新途径。

基于RNA-seq数据分析玉米抗虫响应基因的可变剪接事件

采用Illumina HiseqTM分别对黏虫取食的玉米叶片及对照组材料进行转录组测序,鉴定和分析响应黏虫取食基因的可变剪接事件。结果表明,对照组中鉴定出15701个基因对应79363个可变剪接事件,黏虫取食组中鉴定到11791个基因的39385个可变剪接事件。2组玉米基因组在不同的可变剪接类型中,均是以第1个外显子可变剪切、最后1个外显子可变剪切、单内含子滞留和可变5′或3′端剪切4种类型为主。对2组发生可变剪接事件的基因进行比对发现,黏虫处理组新增加了1121个可变剪接基因,差异表达分析鉴定出177个表达显著差异的可变剪接基因。GO功能富集分析表明,发生可变剪接的差异基因主要富集于氧化还原酶活性、转移酶活性、DNA结合、ATP结合、代谢过程、以DNA为模板的转录及调控相关的功能,表明这些可变剪接差异表达基因参与了玉米的抗虫响应过程。

从棉铃虫体中提取总RNA的一种有效方法

昆虫组织细胞中含有大量的RNA酶 ,在提取其RNA时 ,防止RNA酶的降解 ,是保证所得RNA片段完整的关键。目前提取动物组织细胞总RNA的方法主要采用“异硫氰酸胍 酚 氯仿抽提”一步法操作 ,但从昆虫组织细胞中提取RNA尚无明确的方法。本实验根据昆虫组织细胞中RNA的分子结合其它蛋白等次生物质的特性不同 ,适当的调整该方法 ,从棉铃虫中提取到了完整、无降解、纯度高的RNA 。

一种提取小型昆虫总RNA的有效方法

实验采用SDS,乙酸钾(KAc)等常规化学试剂从蚜虫等小型昆虫中获得完整且纯度较高的RNA。进一步的实验证明提取的RNA可用于RT-PCR以及cDNA文库的建立等。该方法简捷、相对安全和快速、提取效率较高,适合于中小型昆虫RNA的提取。

RNA干扰技术在昆虫学领域研究进展

RNA干扰(RNAi)是生物体内源基因发生转录后特异性降解的一种生理现象,广泛存在于生物体内。RNAi主要由小干扰RNA诱发阻碍目的基因的翻译或转录,造成目标信使RNA沉默。RNAi具有高效、特异性强等优点,被广泛应用于昆虫基因功能研究,并显示出了开发新型病虫害管理策略的巨大潜力。主要阐述了RNAi的沉默机制,双链RNA转入昆虫体内的几种方式,以及RNAi技术在不同目昆虫中研究的最新进展。最后,对RNAi技术存在的不足之处进行了简单总结,还对RNAi技术在害虫防治中的应用进行了展望,以期为该技术广泛应用于农业害虫防治提供理论支持。

昆虫RNA干扰中双链RNA的转运方式

昆虫RNA干扰主要指外源双链RNA诱发的,通过阻碍特定基因的翻译或转录,引起内源目标信使RNA沉默的机制。由于RNA干扰的特异性,RNA干扰技术主要应用于昆虫功能基因组和害虫防治的研究。本综述主要对双链RNA引起昆虫体内RNA干扰研究中双链RNA转运的3种方法(显微注射法、喂食法及浸泡与转染法)进行介绍和讨论。这3种方法中,显微注射法能将精确数量的双链RNA迅速转运到目标组织,更适合实验室基因功能的研究;喂食法操作简单快速,适合高通量的基因筛选;浸泡与转染法也适合大规模的基因筛选,但更常见于细胞研究中。

RNAi技术在昆虫功能基因研究中的应用进展

RNA干扰(RNA interference,RNAi)是指外源或内源的双链RNA(dsRNA)特异性地引起基因表达沉默的现象,它作为一种有效的工具用来产生转录后沉默,从而抑制特定基因的表达,成为基因功能研究的一种新方法,除了在模式昆虫如果蝇Drosophila中广泛应用之外,也在非模式昆虫中得到成功应用。近年来,RNAi技术在导入方法和基因功能分析方面都取得了飞速发展,且与转基因技术相结合成功应用于害虫防治领域。本文综述了RNAi技术在导入方法、昆虫功能基因组功能分析及害虫防治等领域新近的研究成果,并展望了该技术的应用前景。

昆虫RNA沉默抗病毒机制研究进展

RNA沉默是昆虫用来抵御病毒入侵的一种普遍而又进化保守的防御机制,而昆虫病毒也会相应地编码沉默抑制子来破坏宿主的防御功能。本文主要结合果蝇的相关研究成果对昆虫RNA沉默抗病毒机制、RNA沉默抑制子的作用特征及宿主与病毒的共进化关系做一综述。研究表明,由小干扰RNA(small interfering RNAs,siRNA)介导的RNA干扰在果蝇抗病毒防御机制中发挥重要作用。果蝇中Dicer-2(Dcr-2),argonaute-2(AGO2)和双链RNA结合蛋白R2D2是siRNA干扰途径中的3个关键组分,这3个基因的缺失或突变会显著提高果蝇对RNA病毒的感受性。此外,果蝇中还鉴定了其他与RNA干扰密切相关的基因,如vasa intronic gene,aubergine,armitage,rm62和piwi,它们在抗病毒感染中同样发挥重要作用。果蝇病毒中已鉴定出3种RNA沉默病毒抑制子(viralsuppressors of RNAi,VSRs),分别为果蝇FHV病毒沉默抑制子FHV-B2、果蝇C病毒沉默抑制子DCV-1A及果蝇CrPV病毒沉默抑制子CrPV-1A。FHV-B2和DCV-1A通过与dsRNA或siRNA结合抑制RNA沉默,而CrPV-1A通过与AGO2结合阻止RISC的形成抑制RNA沉默。在漫长的进化过程中,病毒和宿主相互博弈,协同进化。昆虫抗病毒沉默途径中的关键组分通过保持持续和快速进化来对抗高度变异的VSRs。

长链非编码RNA(lncRNA)及其在昆虫学研究中的进展

长链非编码RNA(long noncoding RNA,lncRNA)是一类转录本长度超过200 nt的非编码RNA,主要通过转录调控和转录后调控调节基因的表达,也可通过影响蛋白质定位和端粒复制发挥其强大的生物学功能。本文在介绍lncRNA的特征、分类及其主要作用机制的基础上,综述了有关昆虫lncRNA的鉴定及功能研究等方面的最新进展。近5年来已经从黑腹果蝇Drosophila melanogaster、小菜蛾Plutella xylostella和褐飞虱Nilaparvata lugens等8种昆虫中鉴定出了大量lncRNA,为进一步研究lncRNA在昆虫生长发育过程中的功能奠定了重要基础。非编码RNA参与调控害虫抗药性的分子机制已经成为昆虫毒理学研究的一个新兴领域,因此本文对有关lncRNA与害虫抗药性关系的最新研究进展也做了介绍。

荒漠拟步甲科昆虫总RNA的有效提取及电泳图谱分析

[目的]获得高质量的总RNA是开展分子生物学研究的重要一步,由于不同生物的机体组成成分有较大差异,需要针对不同类型的物种建立各自有效的RNA提取方法。鞘翅目昆虫富含几丁质的外壳,常规方法难以获得高质量的RNA。[方法]以鞘翅目拟步甲科昆虫小胸鳖甲(Microdera punctipennis)为例,采用TRIzol试剂提取分离总RNA,方法略有改进,并对总RNA的电泳谱带特征进行鉴定。[结果]利用该方法从小胸鳖甲成虫中所获得的总RNA纯度较高完整性好,进一步实验证明提取的总RNA可满足RT-PCR等多种后续实验。琼脂糖凝胶电泳分析表明,其总RNA电泳谱带主要以18S带为主,28S则很弱。[结论]该提取方法对其他荒漠拟步甲科昆虫,尤其是含几丁质外壳的甲虫总RNA提取具有指导作用,小胸鳖甲总RAN的电泳谱带与哺乳动物肿瘤细胞的不同。

一种改良的快速提取小型昆虫总RNA的方法

硅粒吸附法是一种常用的植物总RNA提取方法,本文对其进行改良后应用于小型昆虫总RNA提取,同时与小型昆虫RNA提取常用的改进的一步法和Trizol法进行了比较。试验结果表明:改良的硅粒吸附法是一种经济高效的小型昆虫总RNA提取方法,RNA产率高,纯度佳。同时,整个试验操作步骤简单、省时(约1h),所用试剂普遍、廉价。

系统RNA干扰及在昆虫中的应用

系统性是RNA干扰(RNA interference,RNAi)在植物和线虫中的一个重要特性,即RNAi沉默信号可以在细胞和组织间进行传递,近年来研究发现某些昆虫中也存在系统RNAi现象。RN Ai技术对很多领域的发展具有重要的促进作用,包括功能基因组学和害虫防治等领域。综述线虫,昆虫的系统性RNAi研究概况以及RNAi在昆虫领域的应用现状,并展望其应用前景。

利用小RNA深度测序技术检测灰飞虱病毒种类

灰飞虱是一种重要农业害虫,作为病毒介体,可以传播多种植物病毒引起水稻、小麦和玉米等粮食作物病毒病害。目前对于灰飞虱体内昆虫病毒种类尚缺乏系统认识,难以开展利用昆虫病毒防治灰飞虱相关研究工作。为挖掘灰飞虱体内昆虫病毒资源,本文通过小RNA深度测序技术对灰飞虱所携带的病毒种类进行分析鉴定。结果显示,测序数据比对得到13种病毒,涉及8个病毒科和2种未分类病毒。除占据优势的水稻条纹病毒外,其余均为专性寄生的昆虫病毒,包括5种正链RNA病毒、2种单链DNA病毒和5种双链DNA病毒。在这些病毒中,发现了一种与果蝇A病毒较相似的新病毒,克隆出其依赖RNA的RNA聚合酶(RdRP)基因1-1 932位核酸序列,经Blast比对和系统进化分析,在氨基酸序列中发现RdRP掌型亚结构域保守区呈现复制酶置换四体病毒科(Permutotetraviridae)病毒所具有的"C-A-B"排列样式,确定该病毒是一种新的类复制酶置换四体病毒,暂命名为Laodelphax striatellus permutotetra-like virus(LsPLV)。这是首次在半翅目昆虫中发现类复制酶置换四体病毒。本研究表明灰飞虱体内昆虫病毒种类较为丰富,为今后利用昆虫病毒生物防治灰飞虱奠定了基础。

利用小RNA高通量测序筛查媒介昆虫携带的病原体

高通量测序方法筛查媒介昆虫携带病原体是一种新的重要方法。研究表明小RNA高通量测序可用于昆虫携带病毒的检测。本工作尝试用小RNA高通量测序法筛查昆虫携带的病毒，发现该方法不仅可用于媒介昆虫携带病毒的检测，也可以用于原核和真核病原体的筛查。用该方法对野外采集的3种蚊虫和3种蜱进行分析，用blast程序对NCBI核酸序列库（nt）进行比对搜索，从测序结果中查找到多种病毒、原核及真核的病原体。上述结果表明，小RNA高通量测序可以用于各种病原体的发现，有望发展成为一种通用的病原体筛查技术。

转CmCSA基因双链RNA水稻的RNAi效应鉴定

稻纵卷叶螟是危害水稻的主要害虫之一,几丁质合成酶是昆虫几丁质合成通路上最后一个酶,对昆虫的生长发育至关重要。本研究对转稻纵卷叶螟几丁质合成酶A基因双链RNA(dsCmCSA)水稻进行了室内和田间RNA干扰(RNAi)效应鉴定。结果表明,相比于对照组,取食转dsCmCSA水稻的稻纵卷叶螟体型变小,蜕皮困难,出现畸形表型,死亡率明显增加。实时荧光定量PCR(RT-qPCR)分析表明,取食转基因水稻株系CAⅡ-5的幼虫体内CmCSA表达量比对照组下降了54. 00%。田间实验结果表明,转基因水稻株系CAⅡ-5的卷叶率和白叶率分别为7. 98%和5. 04%,与对照组差异显著。转dsCmCSA水稻具有明显的RNAi效应,抗虫效果较好。该研究为利用转基因RNAi技术对稻纵卷叶螟进行绿色防控奠定基础。

转CmTre1基因RNA干扰水稻的室内和田间抗虫性鉴定

稻纵卷叶螟是一种主要的水稻害虫,海藻糖酶是昆虫几丁质合成通路上的关键酶之一。该研究对转稻纵卷叶螟可溶性海藻糖酶基因(CmTre1)双链RNA(dsRNA)水稻进行了室内和田间抗虫性鉴定。叶片测定结果表明,取食转CmTre1基因dsRNA水稻株系608的稻纵卷叶螟死亡率为70.00%,校正死亡率为50.95%。定量PCR检测表明,幼虫取食608株系后其体内CmTre1基因的mRNA水平下降59.00%,该基因的表达被抑制。田间抗虫性检测结果表明,608株系的卷叶率为15.06%,白叶率为13.98%,与对照差异显著。转CmTre1基因RNA干扰(RNAi)水稻对稻纵卷叶螟具有抗性。该研究为利用RNAi技术对稻纵卷叶螟进行绿色防控奠定基础。

昆虫口腔分泌物效应子及其在害虫防治中基于RNAi技术的应用展望

昆虫口腔分泌物(oral secretion,OS),又称返吐液,是昆虫唾液腺分泌的唾液和肠道分泌物的混合液。昆虫取食寄主植物过程中,OS随之分泌至植物中,并影响植物的防御反应。RNA干扰(RNA interference,RNAi)是研究昆虫基因功能有价值的反向遗传学工具,也是目前最有可能应用于害虫防治的新技术。本文主要综述了昆虫OS对寄主植物防御的影响、昆虫OS效应子的鉴定和OS效应子基于RNAi技术在害虫防治中可行性及应用前景。昆虫OS对寄主植物防御的影响主要表现为干扰植物的茉莉酸信号通路、筛管阻塞、Ca^(2+)通路等防御反应,进而促进昆虫摄取食物。目前,昆虫OS效应子主要鉴定手段是通过昆虫唾液腺转录组分析和OS蛋白组分析;而已鉴定的OS效应子主要来源于刺吸式口器昆虫,在咀嚼式口器昆虫中的报道甚少;功能研究发现昆虫OS效应子在寄主植物中的表达会影响昆虫存活率、繁殖力和取食能力及昆虫和植物的其他重要生理指标,并通过鉴定OS效应子与植物防御机制的相互作用关系,进而证明OS效应子在昆虫与寄主植物关系中的重要性。基于RNAi技术,通过注射、饲喂和植物介导RNAi等方法在多种昆虫中产生了OS效应子基因下调和生长发育受影响的现象,由此说明OS效应子基因已具备作为RNAi靶标的条件。虽然目前研究尚处于实验室阶段,但已证明其应用于害虫防治方面具有一定的可行性。昆虫口腔分泌物是研究昆虫与寄主植物相互作用机制的新方向。最后,对OS未来潜在的研究方向进行了展望,以期对我国害虫防治的研究提供理论指导。

家蚕碱性核酸酶BmdsRNase的原核表达和对dsRNA的降解效果

dsRNase是一种DNA/RNA非特异性碱性核酸酶,这类酶具有广泛的底物特异性,可影响鳞翅目昆虫的RNA干扰效率。为验证从家蚕消化液分离的BmdsRNase能否在家蚕体外表达并降解dsRNA,根据其功能域构建了3个不同基因片段的表达载体,转化大肠埃希菌进行原核表达,体外诱导培养后进行dsRNA的降解试验。SDS-PAGE显示BmdsRNase的3个基因片段均能在原核系统中表达,最适宜的蛋白质诱导时间为2 h,表达产物主要以包涵体形式存在。实时定量PCR结果表明,3种重组表达菌的表达产物均可降解dsRNA。上述结果为后续研究BmdsRNase的功能,以及鳞翅目昆虫的RNA干扰机制提供了实验数据。

昆虫几丁质酶基因家族功能研究进展

昆虫几丁质酶的研究历史很长,研究内容也非常广泛;但仅局限于传统的方法研究某个昆虫单个基因的功能及应用。近年来,随着生物信息学和RNAi技术在生命科学研究工作中的广泛应用,在昆虫几丁质酶的研究方面也取得了较大进展。本文主要以生物信息学在几丁质酶家族基因鉴定和分类研究过程中的应用,以及利用RNAi技术分析几丁质酶不同家族成员在赤拟谷盗和褐飞虱两种昆虫生长发育中的功能比较分析,对全面认识昆虫几丁质酶基因家族功能和作用机理,并利用几丁质酶基因防治害虫奠定良好的基础。