组学时代与昆虫学

组学时代与昆虫学

摘要：随着组学时代的到来，组学技术在生物学的研究中得到越来越广泛的应用，尤其是基因组学以测序为首引领着组学的蓬勃发展。本文主要简述基因组学，蛋白组学，代谢组学，转录组学在昆虫学的各个领域研究的主要方法已经科学进展。组学不仅仅只是在技术上对于科学技术有着极大的推动作用，在思想上，也给科研提供了更多更新的思路。

1.组学时代的到来

组学(Omics)主要包括基因组学，蛋白组学，代谢组学，转录组学，脂类组学， 免疫组学，糖组学和 RNA组学等。是指从整体水平上研究基因组、蛋白质等相关问题的一门科学。1920年代，德国植物学家Hans Winkler首先使用这个术语 基因组(genome)现在被认同是一个有机体全部基因的补充(complement)术语。1986，当科学家计划人类基因组计划绘制3.3亿个碱基对的DNA遗传图谱时，制造了基因组(genomics)这个术语，开创了组学的先驱。如今随着科学技术的发展，组学越来越受到人们的关注，也越来越多的应用于各大学科的科研方法中。因此，不难想到组学在昆虫学的研究中有着大量的应用。

2.基因组学与昆虫学

2.1模式生物测序

如今，对于模式生物的研究成为各个领域研究的首要选择，因此模式生物的基因组测序就有着非常重要的价值和功能。在昆虫学中。金小蜂不仅是重要的昆虫天敌资源，还是理想的模式生物。金小蜂基因组测序完成后，科学家们可以利用生物信息学、比较基因组学、功能基因组学等方法，基于基因组平台，在进化遗传学、发育生物学、神经生物学、行为学等领域开展了系列研究。为推动生命科学的发展取得了重要进展。

2.2杀虫剂抗性分析

杀虫剂的抗性一直是农业研究中的重点问题，通过基因组学分析，了解抗性基因的出现以及性质，能够很好地控制减少昆虫的杀虫剂抗性，对于农业的发展有着重要的作用。而随着经注释的昆虫基因组的出现,由复杂多基因酶系如酯酶、细胞色素P450酶及谷胱甘肽S-转移酶介导的抗性的机制有了突破性的进展,有

[1]

关杀虫剂抗性的进化以及抗性基因的传播模式也逐步得到揭示。基因组技术在揭示昆虫可能的抗药性机制以及在发现新的杀虫剂靶标方面将发挥更大的作用[2]。

3.蛋白质组学与昆虫学

3.1蛋白质组学与生物学

蛋白质组学对于生物科学的发展有着至关重要的作用，当然应用于其他生物的蛋白质组学的技术也可以应用于昆虫学。比如在神经生物学中，Zhang等对果蝇突变体(fmr1)进行蛋白质组学研究,发现该突变体中苯丙氨酸羟化酶与GTP水解酶表达差异显著,它们与多巴胺及5-羟色胺合成密切相关[3]。在发育生物学中，钟伯雄研究了家蚕(Bombyxmori)胚胎期蛋白质组成变化情况,发现从临界期到点青期,家蚕体内卵特异性蛋白、30K蛋白表达量较高;由点青期到转青期再到蚁蚕期,家蚕体内酸性蛋白明显增多,卵特异性蛋白、30K蛋白逐渐消失[4],对于家蚕养殖业做出了巨大的贡献。

3.2蛋白质组学与昆虫毒理学

昆虫是传播病毒的重要中间宿主之一，无论是人类病毒还是植物病毒动物病毒，几乎都与昆虫有关，因此依靠蛋白质组学技术探究昆虫对于病毒的传播的方式和能力，对于医疗卫生方面有着重要的意义。比如Papura等利用蛋白质组学比较麦长管蚜(Sitobionavenae)大麦黄矮病病毒(BYDV-PAV)传播能力差异品系间的表达差异,研究大麦黄矮病病毒传播与麦长管蚜间关系[5]。

3.3抗虫转基因植物产品安全性研究

蛋白质组为抗虫转基因植物产品安全性研究提供了一个与传统方法完全不一样的方法。可以用于探究具有高抗虫活性的转基因作物的产品对人的健康的安全性、营养价值与传统食品存在的区别,以及转基因植物发生了什么样生理变化等问题[6]。为食品安全检测提供了更为可靠的方法。

4.转录组学与昆虫学

4.1转录组学与昆虫基因功能鉴定

通过转录组学进行测序，并且结合SOAPdenovo拼接聚类等分析软件， 获取大量挖掘功能基因，并且可以通过探究实验对这些基因的功能进行分析，从而对于昆虫的行为和生活史进行进一步的了解。例如贺华良等人对于黄曲条跳甲应用新一代高通量测序技术Illumina’s Solexa平台对黄曲条跳甲成虫的转录组进

行测序。结合GeneOntology(GO)数据库进行分析，发现大部分的unigene具结合能力和催化活性;上百种unigene可聚类于生物学过程分类中的配子发生、生殖腺发育和交配行为等重要功能。有助于深入研究黄曲条跳甲行为发生的内在机理[7]。从而可以阐明害虫的行为学机理，对于农业保护等方面有着重要的作用。又如如刘莹等人通过对5种鳞翅目害虫转录组的生物信息学分析,鉴定出13种与抗药性相关的基因。同时,对这5种鳞翅目昆虫中部分Bt受体相关的基因做了多序列比对和进化分析，从多物种、多基因的角度提出对农药抗性的系统性研究[8]。对于新抗虫药物的研制以及新的抗虫靶向提供了研究思路。

5.代谢组学与昆虫学

通过代谢组学技术可以通过测定昆虫的代谢变化，判断出昆虫的生理状态以及其寄主、取食植物等的生理状态，从而进行数据分析。例如张笑等以三年生蒙古沙冬青幼苗和灰斑古毒蛾幼虫为实验材料,通过代谢组学技术测定了不同代灰斑古毒蛾取食后蒙古沙冬青叶片的代谢变化。探究由于植物对同种昆虫取食的响应过程为植物对相同外部刺激因子的诱导响应,前一次昆虫的取食行为可能会影响下一次植物对这种昆虫取食的响应[9]。又如王梦龙针对小金蝠蛾幼虫室温下不能正常存活这一问题，就其生理生化和分子机制进行研究。利用代谢组学的技术探究得到热胁迫处理后，虫体内的还原性物质水平低下，虽然血淋巴中磷酸戊糖途径代谢水平提高，提供较多的还原力NADPH，但是由于NADPH氧化酶活力升高，活性氧大量声称，活性氧代谢平衡难以维持，造成氧化损伤的结果，对于小金蝠蛾幼虫的养殖等有指导性意义[10]。总之代谢组学作为一门重要的技术，可以用来探究生物在受到胁迫、侵害等变化时所呈现的动态变化，从而给人类提供方法去促进或者抑制。

6.讨论与展望

无论从组学的思想上还是组学的技术对与科学技术的发展来说都是一个飞跃。基因组学可以测序为对该生物的研究奠定基础；蛋白质组学提供了一系列能够在蛋白质水平上大规模地直接研究基因功能的强有力的工具,它将对昆虫学、医学、微生物学等的研究起到积极的促进作用；转录组学可以通过对功能基因的测序去预测基因的功能；代谢组学可以通过技术来探究整个生物代谢的状态以及变化。当然，从提出到人类基因组计划的完成，组学思想越来越受到人们的重视，

这是因为人们开始转变思维从微观到宏观，讲一个个微观个体从整体去探究它们的组成以及联系。但是我认为这种联系依然不够，它只是从每一类物质的宏观出发，探究生物整体的性质，随着未来科学技术的发展，人们一定可以从整个生物体，甚至生物体之间的联系出发，探究更宏观的新的科研思路。

[1]叶恭银, 齐易香, 朱家颖,等. 金小蜂基因组学研究前沿[J]. 应用昆虫学报, 2011, 48(6):1553-1558.

[2]邱星辉. 杀虫剂抗性：遗传学、基因组学及应用启示[J]. 昆虫学报, 2005, 48(6):960-967.

[3]Zhang YQ,Friedman DB,Wang Z,et al.Protein expression pro-filing of the drosophila fragile X mutant brain reveals up-regulation of monoamine synthesis[J].Mol cell proteomics,2005,4(3):278-290.

[4]钟伯雄.家蚕胚胎发育时期的蛋白质变化及构造分析[J].遗传学报,1999,26(6):627-633.

[5]Papura

D,Jacquot

E,Dedryver

CA,et

al.Two-dimensional

electrophoresis of proteins discriminates aphid clones of Sitobion avenae differing

in

BYDV-PAV

transmission[J].Arch

virol,2002,147(10):1881-1898.

[6]黄志伟, 黄勇平, 杜家纬. 蛋白质组学方法在昆虫学研究中的应用[J]. 应用昆虫学报, 2007, 44(1):37-41.

[7]贺华良, 宾淑英, 吴仲真,等. 基于Solexa高通量测序的黄曲条跳甲转录组学研究[J]. 昆虫学报, 2012, 55(1).

[8]刘莹, 王娜, 张赞,等. 五种鳞翅目害虫中抗药性相关基因的转录组学分析[J]. 应用昆虫学报, 2012, 49(2):317-323.

[9]张笑, 孙敬茹, 杨海军,等. 同种昆虫重复取食诱导蒙古沙冬青响应差异的代谢组学研究[C]// 中国化学会第七届全国仪器分析及样品预处理学术研