生理学——昆虫的体壁

• 2 作为 RNAi 的靶标基因
基于 RNAi 的转 基 因 植 物 可 用 于 控 制 害 虫 的为害。这说明昆 虫基因 的dsRNA 将来会 与 Bt 基 因 一 样 在 害 虫 控 制 中 发 挥重 要作 用 。 虽 然昆虫海藻糖 酶 基 因、 几 丁 质 合 成 酶 基 被 RNAi 后， 均 能 导 致 害 虫 死 亡， 并 影响到表皮和中 肠 的 几 丁 质 含 量 ， 但 是 考 虑到特异性和 安 全 性， 几 丁 质 合 成 酶 基 因 是否 可作为 RNAi 的候选靶标基因， 还需要进一步在转基因植物中对其 控害效果和安全性等进行评价。
参考文献：
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RNAi技术展望
• 1 几丁质合成的调控 microRNA
microRNA ( miRNA) 是生物体内长度约为 21～ 25 个 核 苷 酸 的 非 编 码 小 分 子 RNA， 通 过 与 靶mRNA 互补配对而在转录水平上对 基因的表达进行负调控， 导 致 mRNA 的 翻 译 抑 制 或 降 解。它 们是动物很 多 生 理 过 程 中 重 要 的 调 控 因 子因 此 推 测 它 们 也 参 与 昆 虫 几 丁 质 合 成 过程。
蜕皮激素类似物的杀虫分子机理
• 模拟昆虫蜕皮激素作用开发的酰基肼类(bisacylhydrazines)杀虫剂抑 食肼 (RH25849) 、虫酰肼 (tebufenozide) 、甲氧酰肼 ( methoxyfenozide) 、氯酰肼(halofenozide) 及环氧酰肼 (chromafenozide) 等进入虫体后 ,很快与 EcRΠ USP 复合体的 EcR 结合而启动蜕皮。这些杀虫剂一旦与 EcR 结合就很难再分离,而是持 续诱导蜕皮反应。只有当配体与 EcR 分离后才能表达的多巴脱羧酶、 羽化激素基因等因配体与EcR不能分离而被抑制,害虫不能形成结构完 整的新表皮而死亡。这类杀虫剂对鳞翅目、双翅目及鞘翅目害虫具有 突出的选择杀虫活性,对益虫等非靶标生物和环境非常安全,是实施 IPM 的重要优选药剂,也是当前环境友好杀虫剂新品种开发和毒理机制 研究的重点领域.
抑制剂展望
• 尽管昆虫几丁质合成抑制剂是一类安全性好的新一代杀 虫 剂， 但 是 商 品 化 的 产 品 太 少。近 年来， 随着几丁质代谢相关酶 ( 几丁质酶和几丁质合成酶等) 的结构被解析( Liu et al． ， 2011) ， 基于结构的新先导 化 合 物 筛 选 将 受 到 越 来 越 多 的 重 视。 通过计算机 辅 助 设 计 和 模 拟 预 测， 可 指 导 新 的 几丁质合 成抑 制 剂 的 设 计 和 发 现， 大 大 加 快 研 发 效率。
展望
• 蜕皮激素类杀虫剂之所以在多种粮食作物、草皮、水果、蔬菜和观赏 植物中得到越来越广泛的应用,不仅因为它们的高效性,更主要因为它们 具有良好的生态毒理安全性。 • 尽管近些年昆虫 EcR 的研究迅速增加 ,并取得了重要进展 ,但尚有大量 重要问题等待解决。 目前对 EcR 和 USP 的克隆测序及结构功能研究主 要集中在双翅目和鳞翅目昆虫 ,而且也仅有十几种 ,此外 ,只有同翅目、 鞘翅目和直翅目的 1 种或 2 种昆虫的 EcR 被研究过 ,对其他目的昆虫 EcR 研究还是空白。如双酰肼类杀虫剂等对双翅目、鳞翅目及鞘翅目 昆虫所表现出来的显著活性差异 ,启发我们应尽快克隆测序其他不同目 昆虫 EcR和 USP ,并研究其结构和功能特点 ,探明它们之间的差异特性 , 为基于昆虫 EcR 的新杀虫剂的创制和活性筛选技术的建立提供理论和 技术支持。

防止体内水分过度发散
体壁由于含有蜡层，能防止虫体水分的过度发散，保持体 内水分代谢的平衡.

体壁是感觉器官的所在地 营养储备库
参与外界交流信息就是依靠体表的感觉器官.

昆虫的体壁可以储存一些代谢物质，在饥饿或其他生命活 动时不断消耗和更源自文库。
从真皮细胞层下手
• 周期性蜕皮是昆虫及其它节肢动物的重要生理特性，只有不断克 服外骨骼的限制，才能实现虫体的连续生长。 • 昆虫的脱皮过程一般需要经过皮层溶离、新表皮沉积、蜕去旧表 皮、新表皮的鞣化和暗化等步骤，这些过程必须在蜕皮激素的调 控作用下，才能有条不紊的进行。 • 真皮细胞层是有一层排列整齐的单细胞层组成，能分泌蜕皮液， 分泌新表皮层，分泌绛色细胞等。通过调控蜕皮激素，可以控制 昆虫的脱皮过程。蜕皮激素在昆虫的蜕皮过程中起着严格的调控 作用，蜕皮激素及其类似物可以干扰昆虫蜕皮过程，对于脊椎动 物几乎无害，可以作为防御昆虫的有力武器。
储藏物昆虫学研究进展之昆虫生理学
昆虫的体壁
粮院14级研究生 XXX
体壁结构
体壁功能
• 支持作用
体壁是肌肉的附着点，再由肌肉进而固定与支持各器官组织，保持 一定的体型，因而体壁有外骨胳之称.
• 保护作用
体壁是虫体最外层的组织，并且有一定的坚韧性，对体内器官组织 有保护作用.
防止病原体侵入
体壁有坚韧的几丁质，并含有蜡层和脂腈层，对病原体的溶 化作用有很大耐力，细菌，病毒，原虫都不能从完整的体壁 侵入体内，而只能通过创伤和食下，才能侵入传染. 蜡层中含有的脂肪酸，特别是辛酸和己酸，是虫体对真菌的 感染表现有抵抗力的原因之一.由于不同虫种蜡层厚薄的不同， 造成了不同虫种对真菌感染难易的差别.
合成抑制剂
核苷肽抗生素类
此类化合物是从放线菌中提取的一些大分子的嘧啶核苷肽, 结构类 似于 CS 的底物 UDPGlcNAc ,是一类强力的竞争性抑制剂 ,主要是多 氧霉素( polyoxins)系列和尼克霉素( nikkomcins)系列。
核苷磷酸类
在几丁质合成过程中释放的脲苷二磷酸( UDP) 是一种有效的 CS 抑 制剂, 当它在昆虫体内积累的浓度达到一定水平后就会极大的降低 几丁质的合成速度。多氧霉素 D 与 UDP 的抑制曲线非常相似 ,表明 它们作用于酶的同一个部位 。
从外表皮下手（几丁质）
• 表皮中的主要化学成分是几丁质、蛋白质、脂类、多元酚和色素。 其中几丁质的合成和降解对昆虫的生长发育至关重要，一直是害 虫控制的理想靶标。 • 目前， 昆虫几丁质合成的调控途径主要有两种:利用 RNAi 技术和 几丁质合成抑制剂。
RNAi技术
RNA干扰（RNA interference，缩写为RNAi） 是指一种分子生物学上由 双链RNA诱发的基因沉默 现象，其机制是通过阻碍 特定基因的转译或转录来 抑制基因表达。当细胞中 导入与内源性mRNA编码 区同源的双链RNA时，该 mRNA发生降解而导致基 因表达沉默。
模拟蜕皮激素对昆虫生物活性的影响
• 1 对昆虫蜕皮的影响—干扰蜕皮 • 施用抑食肼24小时,引起烟草天蛾(M.sexta)所有龄期的幼虫早熟,随 后是致死的蜕皮。 • 2 对胚胎生长、发育和繁殖的作用 • 非甾醇蜕皮激素类杀虫剂还表现出杀卵活性。 • 3 神经中毒的作用 • 二酰基肼类杀虫剂对马铃薯甲虫(L.decemlineata)除影响蜕皮外,还 伴有神经中毒的作用。
第五节 脱 皮
蜕皮的激素调控
脱皮方式的决定
JH > MH MH > JH 生长脱皮 变态脱皮
启动鞣化和暗化作用
多酚氧化酶原
MH
活化酶基因
活化酶
多酚氧化酶
昆虫生长发育过程所具有的蜕皮和变态特性受到蜕皮激素 (ecdysteroid hormones , EH) 的严格调控。蜕皮激素的作用 靶标由蜕皮激素受体 (ecdysteroid receptor , EcR) 和超 气门蛋白 ( ultraspiracle protein ,USP) 组成。 在已报道的节肢动物核受体中 ,昆虫 EcR 是唯一已知配 体 (蜕皮激素) 的核受体 ,其天然蜕皮激素主要有α -2蜕皮酮、 β -2蜕皮酮、20-羟基蜕皮酮 (20E) 、百日青甾酮 ( PonA) 等。 通过合成特殊配体一直与ECR结合以阻止天然蜕皮激素的 结合来杀虫。
3. 3 其它类
除了上述 2 类化合物外, 尚有多种物质可 以抑制几丁质的生物合成 ,但其作用机理并不明确 ,可 能并不直接作用于几丁质合成酶,而是作用于调节因子或几丁质链的转运, 聚合过程。该类化 合物主要有以下几种: ( 1) 苯甲酰基脲类( BPUs): 该类化合物是昆虫中最主要的几丁质合成抑制剂, 已实现了商品化 ， 如除虫脲。 ( 2)硫醇类阻断剂: 克菌丹为硫醇类阻断剂,是一种广谱、高效的杀菌剂, 它可与真菌中的硫醇基 团反应, 对真菌中的 CS1 不敏感而对昆虫中的 CS1 敏感 。 ( 3) 苯并咪唑类: 该类化合物中的某些种类对家蝇的毒性相当强, 但其作用机理目前尚不清楚。