昆虫的体壁和几丁质酶

发布于:2021-09-29 09:41:44

几丁质酶
几丁质酶是以几丁质为作用底物的水解酶。在昆虫中,几丁质是围食膜及体 壁的主要组成成分之一, 通过几丁质酶对其有规律地降解以保证昆虫正常生长发 育。若编码该酶的基因在不适当的时候表达或该表达时未表达,都会对昆虫造成 伤害。 在植物害虫防治中, 昆虫几丁质是几丁质酶的一个极具吸引力的作用靶标。 1.1 昆虫几丁质酶生物化学与生理作用 昆虫几丁质酶存在于中肠、蜕皮腺及某些昆虫的毒腺中,是一种糖蛋白,可 以水解昆虫体壁和中肠中的几丁质, 酶切位点通常随机发生在链中间的任何一个 部位,其最终产物是可溶低分子量的 GlcNAC 寡聚物。昆虫蜕皮时约有 90%的 几丁质被降解,几丁质酶和几丁质之间的作用是一种动态过程,包括经过几丁质 结合区的吸附过程、水解过程、解吸附作用及活性催化区在作用底物表面的配置 过程。昆虫几丁质酶分泌到肠道中,以无活性酶原形式存在,在需要时被胰蛋白 酶激活而降解围食膜。 蜕皮腺中的几丁质酶可调节昆虫的周期性蜕皮并合成新表 皮。毒腺中的几丁质酶有助于毒腺物质在取食对象的组织中扩散渗透。 1.2 昆虫几丁质酶基因的体内表达 昆虫几丁质酶的表达受蜕皮激素的诱导,而保幼激素抑制其表达。有研究表 明,在没有几丁质酶基因表达的虫期,蜕皮激素类似物能够诱导云杉卷叶蛾几丁 质酶基因的表达,在诱导 36h 后表达量最大,且几丁质酶基因仅在体壁表达,这 种现象可能是因为诱导表达是一种间接表达, 需要某些只在体壁才具有的因子参 与。在昆虫生长发育过程中,几丁质酶表达具有组织特异性。 影响昆虫几丁质酶活性因素主要有温度、pH、紫外线等因子均可影响昆虫 几丁质酶的活性。昆虫几丁质酶 pH 范围较宽,使其能在微酸(血淋巴)和微碱性 环境(内脏)中起作用。昆虫几丁质酶在 pH 为 4~8 范围内具有活性,在 30~60℃ 之间昆虫几丁质酶活性较高且较久。底物不同时,昆虫几丁质酶表达的适宜 pH、 温度也不尽相同。pH 值对昆虫几丁质酶活性的影响,可能是因为昆虫几丁质酶 在多区结构及氨基酸序列方面的不同造成的。 某些二价阳离子也影响昆虫几丁质 酶的活性。 对昆虫几丁质酶的利用, 包括使昆虫体内的几丁质酶水*低于或高于正常水 *两个方面,从而扰乱昆虫正常的生长发育节律,甚至使昆虫死亡。Blattner-R

等合成了几丁质酶的抑制剂 al-losamidin, 用它对幕衣蛾 Tineola biselliella 幼虫进 行实验,发现暴露于 alosamidin 的幕天蛾幼虫比对照具有更高的致死率。几丁质 酶的增效作用,现已知道细菌几丁质酶能增强昆虫病原微生物的效力。研究中发 现,昆虫几丁质酶也能增强 Bt 转基因植物的抗虫效果。 转几丁质酶基因的研究主要集中在植物方面,其目的基因也主要来自于植 物。研究表明,一些细菌和植物几丁质酶对昆虫的影响很小,一般认为对昆虫防 治以昆虫病原真菌和昆虫源几丁质酶较好。目前利用各种方法,将昆虫几丁质酶 基因导入到植物以增强其抗虫能力。据研究,烟草天蛾几丁质酶对市场锯谷盗具 有毒性。当该基因被转入烟草后,能抑制烟蚜夜蛾幼虫的生长。在植物转基因研 究中,单个基因的转化容易使昆虫产生抗性。若同时把 1 个以上不同作用机制的 基因导入植物中,将会减缓昆虫抗性的产生。昆虫几丁质酶基因可应用于植物转 基因,扩充抗虫基因来源,构建多样的抗性系统。但在应用中也存在问题,如昆 虫几丁质酶基因 mRNA 在转基因植物体内的转录水*低,目的基因对非靶标生 物的副作用以及安全性问题等。 基于昆虫几丁质酶生物杀虫剂, 根据几丁质酶在昆虫蜕皮和变态中的作用机 制,对昆虫几丁质酶时空表达及诱导表达做了深入研究,但通过扰乱围食膜或体 壁中几丁质代谢而将几丁质酶用作生物杀虫剂的研究还未广泛开展。 由于昆虫几 丁质酶能使几丁质水解成低分子、可溶和不可溶的低聚糖,因此有望作为一种潜 在的生物杀虫剂,具有广阔应用前景。

参考文献
[1] 张福丽,王志英等,昆虫几丁质酶及其在植物害虫防治中的应用前景,2007, 农药市场信息; [2] 钦俊德,漫谈昆虫的体壁,中国科学院动物研究所。


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