姜黄素对朱砂叶螨致毒的体壁效应及分子机制

Mites has become one of the main obstacles to agroforestry production safety and it is also very diffcult to control. So that it is very important to find a new green acaricide,however, the key of a new natural product acaricide creation is the new role of target identification and the analysis of toxicology. Our research team had made it clear that the edible pigment curcumin has strong acaricidal activity and obtained a series of curcumin derivatives by biomimetic synthesis. In this project, we will clarify the effect of curcumin on the carmine spider mite integument penetration,injury and programmed cell death by using the latest cell analysis and molecular test. Under the curcumin stress, the physiological functions of carmine spider mite respiration, water metabolism and chitinase activity would determine with the linkage of physiological functions of curcumin stress mechanisms and biochemical effects. To further explain the diversity of curcumin physiological activity and provide the basis for curcumin as a template for the molecular design of the natural product acaricides, to provide a reliable guarantee theoretical support to create own intellectual property rights of novel acaricides and the development of new acaricides.

害螨的发生危害已成为农林业安全生产的主要障碍之一，害螨的控制十分困难，寻找新的绿色杀螨剂具有重要价值。创制新型杀螨剂的关键和基础在于新的作用靶标的确定和致毒机制的研究。本研究小组在前期的研究中已经明确食用色素姜黄素具有杀螨活性，而且螨类中毒症状明显区别于神经毒剂。为揭示姜黄素的致毒机制，以螨的体壁屏障为研究切入点，通过室内生测、生理生化和分子机制研究，阐明姜黄素对螨类体壁的穿透效应，对螨类体壁表皮细胞的伤害、致死以及细胞凋亡的诱导作用；明确在姜黄素胁迫下，朱砂叶螨呼吸作用与水分代谢的生理响应，以及螨类几丁质合成酶的生化效应和分子响应机制。为进一步解释姜黄素生理活性的多样性提供依据，为以姜黄素为模板进行天然产物杀螨剂的分子设计，创制拥有自主知识产权的新型杀螨剂提供理论支持。

我们已经明确了食用色素姜黄素具有杀螨活性，但是其具体的杀螨致毒机制未见报道。. 本项目研究的主要内容是：(1) 明确姜黄素对朱砂叶螨体壁的穿透效应；(2) 明确在姜黄素胁迫下，朱砂叶螨形态变化与水分代谢的生理响应；(3) 姜黄素胁迫下朱砂叶螨几丁质相关酶的生化效应和分子响应机制；(4) 姜黄素胁迫下朱砂叶螨数字基因表达谱测序分析；(5) 姜黄素胁迫下朱砂叶螨体内主要酶系的响应。. 取得的主要成果：(1) 建立了液相色谱-淋洗法测定系统，明确了姜黄素胁迫下朱砂叶螨体壁穿透的浓度和温度效应：处理浓度为5.0 mg/mL穿透率达到最大为1.785%，在温度31°C处理24 h穿透率最大为2.253%，初步揭示了姜黄素的穿透效应；(2) 姜黄素处理后朱砂叶螨的运动频率逐渐减少至死亡，72 h后体长皱缩率为23.17%，96 h后水分损失率为72.59%，因此姜黄素能够明显地影响朱砂叶螨的形态与体内水分含量；(3) 姜黄素能显著抑制几丁质酶活性及基因表达：浓度4.0 mg/mL处理24 h后几丁质酶活性降低了32%，几丁质酶基因表达量也显著下调；(4) 分析了姜黄素胁迫下的朱砂叶螨的数字基因表达谱，获得了96个显著差异表达的基因，对这些基因进行GO富集分析和KEGG富集分析发现这些显著差异基因主要参与了生理过程、代谢过程、单生物过程、细胞凋亡、连接和催化、离子跨膜转运、神经传导等生物学过程；(5) 姜黄素胁迫下朱砂叶螨体内MAO、SOD、POD和GSTs均受到了不同程度的影响：处理8 h后，MAO活力下降了16.1%，SOD活性上升了26.3%，POD活性上升了20.9%，GSTs活性上升了21.1%；(6) 本项目共发表和正在发表研究论文18篇，培养博士研究生1名，硕士研究生4名。. 本项研究成果阐明了姜黄素对朱砂叶螨体壁效应及分子效应，为进一步解释姜黄素生理活性的多样性提供依据，为以姜黄素为模板进行天然产物杀螨剂的分子设计，开发新的杀螨剂提供理论支持。.