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.

菌根多样性和形态可塑性决定了寄主植物适应生境变化的能力.为了解针阔叶树种混交对外生菌根形态特征的影响及其潜在机制,本研究调查了山西太岳山油松和辽东栎纯林及混交林(油松与辽东栎3∶1混交、1∶1混交、1∶3混交)外生菌根形态特征,分析了环境因子对外生菌根形态变异的影响.结果表明:所有林型中油松和辽东栎外生菌根均以无外延菌丝或极少外延菌丝的密接型为主;油松在混交林中根部密接型和中程型外生菌根的根尖数量分别比纯林显著升高3％～10％和10％～16％,辽东栎在混交林中根部密接型外生菌根养分获取类型的根尖数量比纯林显著升高5％～10％;油松和辽东栎在混交林中外生菌根Simpson形态多样性指数显著高于纯林.冗余分析表明,油松中土壤氮磷比对其外生菌根形态变异的影响最大(解释率为7.5％),其次为土壤含水率(5.2％),而土壤碳含量对辽东栎外生菌根形态变异的影响最大(3.5％).油松和辽东栎在混交时均可以通过外生菌根的形态变异以适应对土壤养分的竞争和共享.

[目的]探究葫芦科和茄科寄主果实对南亚果实蝇生长、发育和繁殖的影响.[方法]构建南亚果实蝇在南瓜、黄瓜、冬瓜和西红柿上的种群生命表,评价南亚果实蝇在 4 种寄主上的适应性.[结果]南亚果实蝇在南瓜上的成虫前期存活率(87.96%)和繁殖力(361.26 粒·雌-1)均显著高于南亚果实蝇在黄瓜(80.00%和288.34 粒·雌-1)、冬瓜(72.03%和84.80 粒·单雌-1)和西红柿(69.69%、76.55 粒·单雌-1)上的成虫前期存活率和繁殖力.以南瓜为寄主的南亚果实蝇的内禀增长率(0.10)和净增值率(90.63)显著高于以黄瓜(0.08 和 74.37)、冬瓜(0.07 和 35.62)和西红柿(0.07 和 26.03)为寄主的南亚果实蝇内禀增长率和净增值率.[结论]南亚果实蝇在 4 种寄主上均能完成世代周期,但是南瓜是南亚果实蝇最适宜的寄主.

为了探究草地贪夜蛾Spodoptera frugiperda J.E.Smith在不同寄主上的适应性,本试验采用室内饲养观察法比较其取食玉米Zea mays L.和水稻Oryza sativa L.叶片后的发育、存活和繁殖,同时,对草地贪夜蛾4龄幼虫肠道进行解剖,运用代谢组学分析方法,探究幼虫在分别取食两种寄主植物(玉米/水稻)后肠道代谢谱的差异,筛选与不同寄主取食相关的重要代谢物及代谢通路.结果显示,相较取食玉米叶片(对照组),取食水稻叶片(试验组)的世代周期延长(38.05±0.35 d),成虫前期存活率下降(0.46±0.01),生命表参数中净繁殖力R0(191.68±33.54)、内禀增长率r(0.125±6.77)、周限增长率λ(1.133±7.65)均低于对照组;肠道代谢谱中,共有750个差异代谢物,其中下调587个,上调163个,取食水稻叶片较取食玉米叶片的草地贪夜蛾幼虫肠道中,下调的差异代谢物主要包括组氨酸、α-亚麻酸(ALA)和莽草酸;上调的代谢物有天冬酰胺基半胱氨酸以及N-乙酰氨基甲酸等,这些代谢物涉及氨基酸代谢和脂质代谢等通路.本研究结果可为草地贪夜蛾取食不同寄主的适应机制提供了线索.

武陵洞蛭(Sinospelaeobdella wulingensis)是中国洞蛭属(Sinospelaeobdella)的模式种,生活在环境条件较为稳定的溶洞深处,吸食洞栖性蝙蝠的血液,在洞顶壁完成其全部生活史,属于真洞穴动物.为了探究武陵洞蛭是否具有专吸蝠血性,2022年8月至2023年8月按季度在湘西州境内已发现有武陵洞蛭栖息的6个溶洞中进行微生境特征数据和样品采集,利用血餐iDNA技术对106条武陵洞蛭的寄主物种进行鉴定,结果显示:1)该蛭种通常栖息在潮湿、粗糙及岩屑(或泥屑)厚度为0.2～0.4 cm的洞顶壁,其种群分布点通常是蝙蝠的常栖点;2)其寄主组成为翼手目动物5科5属11种,中华菊头蝠(Rhinolophus sinicus)、大蹄蝠(Hipposideros armiger)和西南鼠耳蝠(Myotis altarium)是其主要的吸血对象;3)武陵洞蛭各群体的食物多样性指数和生态位宽度基本上均低于总体水平,冬季的食物多样性指数和生态位宽度均高于其他季节.总之,武陵洞蛭主要分布在蝙蝠常栖点附近的洞顶壁,因长期适应于溶洞生活,其食性已发生特化,已演化出专门吸食蝙蝠血液的行为生态习性.因此,对武陵洞蛭专吸蝠血性的深入研究将有助于探究蛭类动物食物多样性的演化路径,揭示吸血性蛭类食性演化的行为生态机制.

昆虫翅多型作为生物可塑性发育的典型代表,是昆虫对复杂多变环境适应进化的结果.褐飞虱Nilaparvata lugens是一种典型的翅多型昆虫,若虫可发育成短翅型或长翅型成虫,后者的远距离迁飞特性造成褐飞虱在亚洲稻区大面积为害.20世纪60年代以来,前人针对褐飞虱翅多型的发生机理进行了大量研究,发现种群密度、寄主植物质量、温度和光周期等诸多环境因子以及保幼激素均能够影响翅型比例.近20年来,得益于基因组学、RNAi和基因编辑等生物技术的发展,褐飞虱翅型分化的分子机制研究取得了突破性进展,发现了褐飞虱翅型分化的开关基因FoxO,沉默或敲除FoxO会导致飞虱发育为长翅型;而胰岛素信号通路能够磷酸化FoxO抑制其进入细胞核,从而参与翅型分化调控;锌指转录因子Zfh1能够以启动子结合的方式调节FoxO的转录,与胰岛素信号通路平行调控翅型分化;另一个锌指转录因子Rotund能够与FoxO互作共同调控褐飞虱翅多型.此外,性别决定基因Trransformer-2和c-Jun氨基末端激酶通路等也能够影响翅型分化,表明褐飞虱的翅型分化存在多样化的分子调控机制.鉴于半翅目不同亚目间的翅多型机制均有所不同,对褐飞虱翅型分化机制的解析远不足以阐明半翅目乃至整个昆虫纲的翅多型机制,但其研究成果能够引领未来对昆虫翅多型机制的探索研究,并加深人们对昆虫翅及组织可塑性发育与进化的理解.

爪哇虫草菌是广谱性虫生真菌,具有防治膜翅目社会性昆虫红火蚁Solenopsis invicta的生防潜能.为探究蚁巢弃尸堆中携菌虫体在侵染循环链的关键作用,探讨腐生条件下爪哇虫草Cordyceps javanica响应寄主的分子致病机制,本研究通过向培养基添加冷冻干燥的虫尸粉进行诱导,对诱导前后的菌丝孢子混合体进行转录组测序分析.结果表明,与纯培养条件相比,菌株经虫尸粉诱导后发掘新基因1912个,有379个得到功能注释.显著差异表达基因有242个,上调表达基因111个,下调表达基因131个;GO富集分析表明,生物学过程的代谢过程和细胞过程、细胞组分的细胞结构体及分子功能中参与催化活性和结合相关的基因可能在爪哇虫草响应寄主过程中发挥了重要作用;KEGG分类和富集分析表明,代谢过程分类的色氨酸代谢、缬氨酸、亮氨酸和异亮氨酸降解、糖酵解/糖原异生和乙醛酸和二羧酸酯代谢,遗传信息过程分类的碱基切除修复和内质网的蛋白质加工,环境信息过程分类的ABC转运蛋白和丝裂原活化蛋白激酶信号通路,细胞过程分类的自噬和过氧物酶体通路是爪哇虫草的主要代谢途径.随机筛选8个差异表达基因进行实时荧光定量PCR验证,这些基因的表达模式与转录组数据分析结果基本一致.本研究结果表明,爪哇虫草在适应腐生环境过程中与氨基酸代谢和能量代谢相关的基因活跃,这可能是其在垂直和水平扩散过程中需维持侵染力,为自身提供营养并转化为能量和中间产物等物质所致.

昆虫和植物是自然界生物类群中重要的组成部分,在长期进化的过程中形成了复杂的相互作用关系,如植物进化出了复杂的防御策略来抵御昆虫为害,同时,昆虫为了获取更多的生存资源也进化出了更多的适生方式.因此,分析和了解昆虫与寄主植物相互适应的研究进展对害虫的有效防治和抗虫植物的培育具有重要作用.在昆虫与寄主植物互作的研究中,植食性昆虫的口腔分泌物(唾液或反刍液)、卵分泌物、肠道合成物及微生物等作为连接昆虫和植物的中间媒介,其有效成分不仅起着诱导或增强植物防御的作用,而且部分还具有抑制或削弱植物防御的功能,因此,按有效成分发挥的作用,植食性昆虫的口腔分泌物主要可分为激发子和效应子.本文从昆虫分泌物的角度介绍了昆虫钙结合蛋白类、酶类和毒液蛋白类等效应子与脂肪酸氨基酸共轭物类、多肽类和酶类等激发子及其介导植物防御的主要方式,明确了植食性昆虫适应寄主植物防御的不同策略,不仅有助于对昆虫和植物两者互作机制的深入解析,而且为绿色有效防治害虫和植物抗性品种的选育提供新的思路.

视觉在昆虫飞行、识别寄主和配偶,及寻找产卵位点等行为中起着重要的作用.视叶是昆虫脑内视觉中枢,具有复杂的解剖结构和神经元构成模式,并在接受整合视觉信息方面起重要作用,但具体的视觉神经回路及机制尚未被阐明.本文系统综述了视叶解剖结构类型及神经元构成、及在颜色识别、偏振光检测和运动检测功能等方面的研究进展,提出视叶未来的研究方向,旨在为深入开展基于视觉的昆虫对环境的适应性机制及害虫行为调控提供科学依据.

植食性昆虫与寄主植物在长期协同进化的历程中,两者逐渐演化出丰富多样的防御与反防御机制,其中在植食性昆虫适应植物防御的过程中,唾液腺分泌物起到关键性的作用.本研究从宏观与微观两个层面,揭示植食性昆虫如何利用唾液腺以适应寄主植物防御的作用机理.回顾了昆虫唾液腺分泌物通过干预植物气孔的动态变化、适应植物细胞壁、降解植物防御性化合物等方式调控寄主植物防御的研究进展,探讨了昆虫唾液效应因子以干扰植物早期免疫信号通路、调节植物激素信号通路、与植物免疫蛋白互作等形式应对植物防御反应的内在分子机制.同时,本文依据CRISPR/Cas9、植物介导的RNAi、纳米材料介导的RNAi等新技术的发展,对基于昆虫效应因子开发的虫害防控技术的发展空间进行分析,以期为作物抗性的提高以及害虫综合治理能力的提升提供理论依据与实践指导.