第五讲 昆虫病毒

1、第五讲第五讲 昆虫病毒昆虫病毒自从自从1898年贝杰林克（年贝杰林克（Beijerinck）首次提出）首次提出“病毒病毒”的概念以来，已经过去的概念以来，已经过去100多年时间。病毒的种类由多年时间。病毒的种类由最初的几十种、几百种，发展到今天的最初的几十种、几百种，发展到今天的4000多种多种 1935年，美国生化学家斯坦利（年，美国生化学家斯坦利（Stanley）发现烟草）发现烟草花叶病毒的侵染性能被胃蛋白酶破坏，花叶病毒的侵染性能被胃蛋白酶破坏， 一、病毒的特征一、病毒的特征形态微小，结构简单的非细胞结构生物，一种病毒只含有一种形态微小，结构简单的非细胞结构生物，一种病毒只含有一种核酸核

2、酸核酸核酸蛋白质外壳蛋白质外壳核衣壳核衣壳 封套封套病毒粒子病毒粒子衣壳粒衣壳粒特征：特征：个体微小：纳米个体微小：纳米核酸：单（双）链核酸：单（双）链DNA，单（双）链，单（双）链RNA，蛋白：保护核酸，与侵染有关，含有酶，破坏细胞膜结构蛋白：保护核酸，与侵染有关，含有酶，破坏细胞膜结构封套：可以是细胞质膜，也可以是核膜，可以被重组封套：可以是细胞质膜，也可以是核膜，可以被重组复制：病毒的繁殖方式为复制复制：病毒的繁殖方式为复制病毒是专性细胞内寄生生物病毒是专性细胞内寄生生物烟草花叶病毒烟草花叶病毒噬菌体噬菌体昆虫核型多角体病毒昆虫核型多角体病毒二、病毒分类l植物病毒植物病毒l专门寄生在植物

3、细胞里的病毒。专门寄生在植物细胞里的病毒。l动物病毒动物病毒l专门寄生在人或动物细胞里的病毒。专门寄生在人或动物细胞里的病毒。l细菌病毒（噬菌体）细菌病毒（噬菌体）l专门寄生在细菌细胞里面的病毒。专门寄生在细菌细胞里面的病毒。三、病毒的复制过程四、昆虫病毒1 昆虫病毒病昆虫病毒病 昆虫感病后，行动迟缓，取食量降低，后期死亡，一般虫体昆虫感病后，行动迟缓，取食量降低，后期死亡，一般虫体倒挂在植物体上倒挂在植物体上昆虫病毒的特点：昆虫病毒的特点：昆虫病毒一般都在细胞内形成蛋白质包含体昆虫病毒一般都在细胞内形成蛋白质包含体家蚕脓病的多角体，就是包涵体的一种。包涵体内的家蚕脓病的多角体，就是包涵体的一

4、种。包涵体内的病毒粒子只有当它们从包涵体中释放出来以后，才有病毒粒子只有当它们从包涵体中释放出来以后，才有侵染宿主细胞的能力。包涵体具有保护病毒免受不良侵染宿主细胞的能力。包涵体具有保护病毒免受不良环境影响的作用。除了形成包涵体的病毒外，还有许环境影响的作用。除了形成包涵体的病毒外，还有许多不形成包涵体的昆虫病毒。多不形成包涵体的昆虫病毒。 2 历史与现状历史与现状1149年我国记载有家蚕高节病、肿脚病等，脓病；年我国记载有家蚕高节病、肿脚病等，脓病；1918年年Acqua证明为病毒病证明为病毒病1913年年White证实了蜜蜂的囊孵病为病毒病；证实了蜜蜂的囊孵病为病毒病； Glaser等发现

5、舞毒蛾的一种病毒病等发现舞毒蛾的一种病毒病1980年记载了年记载了800种昆虫的种昆虫的1200多种病毒病，到目前有多种病毒病，到目前有2000种种病毒病病毒病昆虫病毒的应用始于昆虫病毒的应用始于1940s1940s第一个成功例子，是第一个成功例子，是19491949年加拿大偶然引进欧洲云杉叶蜂年加拿大偶然引进欧洲云杉叶蜂NPVNPV，流行病，控制害虫在经济阈值以下。流行病，控制害虫在经济阈值以下。 40-6040-60年代主要应用细菌防治，年代主要应用细菌防治，7070年代才利用病毒。年代才利用病毒。l俄俄: :黄叶蜂黄叶蜂NPVNPV、甘蓝夜盗蛾、舞毒蛾、美国白蛾、天幕毛虫、甘蓝夜盗蛾、舞

6、毒蛾、美国白蛾、天幕毛虫等。等。l捷捷: :美国白蛾美国白蛾GVGVl法法: :松带蛾松带蛾CPVCPVl日日:1974:1974年注册了赤松毛虫年注册了赤松毛虫CPVCPV，直升飞机喷洒。还对茶小卷，直升飞机喷洒。还对茶小卷叶蛾、茶卷叶蛾叶蛾、茶卷叶蛾GVGV进行研究利用。进行研究利用。l埃及、中埃及、中: :斜纹夜蛾斜纹夜蛾NPVNPVl新西兰新西兰: :牧草蝙蝠蛾牧草蝙蝠蛾WNPVWNPVl 斐济斐济: :独角仙病毒独角仙病毒我国，始于我国，始于6060年代，先是调查、收集，年代，先是调查、收集，7070年代后做了大量工年代后做了大量工作。作。19711971年，棉铃虫年，棉铃虫NPVN

7、PV在美国成为第一个商品化制剂，在美国成为第一个商品化制剂，19871987年我国也将此病毒投入商品化生产。美国加强了对舞毒蛾、年我国也将此病毒投入商品化生产。美国加强了对舞毒蛾、黄杉毒蛾、苜蓿尺蠖等黄杉毒蛾、苜蓿尺蠖等NPVNPV的研究。的研究。从防治对象来看，可分为二个阶段从防治对象来看，可分为二个阶段:40:40年代到年代到6060年代，食叶性年代，食叶性森林害虫；森林害虫；7070年代后，农业害虫。年代后，农业害虫。 国际上国际上:至少有至少有60多株进入大田应用或示范，约多株进入大田应用或示范，约20多株制成杀多株制成杀虫剂，仅就俄罗斯而言，虫剂，仅就俄罗斯而言，1990年已有年已有

8、14种病毒杀虫剂，其中有种病毒杀虫剂，其中有7种年总产量为种年总产量为60多吨，防治面积多吨，防治面积150万公顷。万公顷。从病毒生产方式，二个阶段从病毒生产方式，二个阶段: :4040年代到年代到6060年代，野外采集；人工饲养虫到杀虫剂。年代，野外采集；人工饲养虫到杀虫剂。北京、广东北京、广东( (斜纹夜蛾斜纹夜蛾NPV)NPV)、武汉、华东、武汉、华东( (棉铃虫棉铃虫NPV)NPV)都进行都进行过卓有成效的工作。我国有过卓有成效的工作。我国有2020株进入大田应用或示范，株进入大田应用或示范，7 7株制株制成制剂，先后建立成制剂，先后建立5 5座工厂，一种新的生物农药产业。座工厂，一种

9、新的生物农药产业。湖北武大绿洲生物技术有限公司湖北武大绿洲生物技术有限公司：武汉大学，海南绿舟、圣武汉大学，海南绿舟、圣威德投资有限公司威德投资有限公司 河南济源生物科技有限公司河南济源生物科技有限公司W1-78GV: W1-78GV: 武汉大学研制，在全国不同经纬度的武汉大学研制，在全国不同经纬度的2020多个省市，多个省市，防效防效80-9680-96，油桐尺蠖，油桐尺蠖NPV:(NPV:(科学院病毒所科学院病毒所):8):8省省2020多个地区，多个地区，25002500亩次，亩次，86.97-94.8286.97-94.82。 棉铃虫棉铃虫NPV:1985NPV:1985。飞防，。飞防

10、，40-6040-60万亩万亩 斜纹夜蛾斜纹夜蛾NPV:NPV:广州，广州，20-3020-30条条/ /亩亩+100+100斤水斤水+0.01+0.01洗衣粉，洗衣粉，北京。北京。 舞毒蛾舞毒蛾NPV:NPV:辽宁、黑龙江。辽宁、黑龙江。 马尾松毛虫马尾松毛虫NPVNPV、CPV:CPV:广东。广东。 “ “福建一号福建一号”: :省茶科所。省茶科所。60006000亩，亩，70-9570-95每亩减少农每亩减少农药费用药费用20-5020-50元，为我省发展无农药污染优质茶叶，扩大茶叶元，为我省发展无农药污染优质茶叶，扩大茶叶出口创造条件。出口创造条件。 尤其是昆虫浓核病毒尤其是昆虫浓核病

11、毒(DNV)(DNV)不断被发现。我国在短短不断被发现。我国在短短1212年内年内就发现了就发现了3 3种种DNVDNV，它毒力强，潜伏期短，易流行，但研究甚少，它毒力强，潜伏期短，易流行，但研究甚少，值得探讨。值得探讨。 混用混用: :棉铃虫棉铃虫NPV+NPV+西维因；舞毒蛾西维因；舞毒蛾NPV+DDTNPV+DDT；8010+GV8010+GV。 我国至我国至7070年代发现年代发现5656株病毒。株病毒。8080年代立项，至年代立项，至19911991年已从年已从188188种昆虫中分离到种昆虫中分离到291291株，其中株，其中110110株为国际首次发现，按株为国际首次发现，按IC

12、TVICTV分类，它们分属分类，它们分属4 4个科个科: :杆状、痘、细小、呼肠孤和尚未分类杆状、痘、细小、呼肠孤和尚未分类的小型球状的小型球状RNARNA病毒。出版了病毒。出版了中国昆虫病毒图谱中国昆虫病毒图谱(1986)(1986)，目前有目前有200-250200-250种，种，20042004年，报道有近年，报道有近20002000种，病毒资源的调种，病毒资源的调查是研究开发昆虫病毒生防的先导，是建立我国病毒资源库查是研究开发昆虫病毒生防的先导，是建立我国病毒资源库的基础，今后应继续采集、分离与鉴定。的基础，今后应继续采集、分离与鉴定。 全球注册的病毒杀虫剂全球注册的病毒杀虫剂30多个

13、，中国多个，中国9个，美国个，美国6个，欧共个，欧共体体10个，俄罗斯个，俄罗斯11个个五、病毒生物农药的优点 选择性好，仅能寄生一种或少数同科同属亲缘相近的昆虫种选择性好，仅能寄生一种或少数同科同属亲缘相近的昆虫种类，不损伤天敌，不易引起生态平衡的破坏。类，不损伤天敌，不易引起生态平衡的破坏。 传播性强传播性强: :很快扩散蔓延，造成流行病，能垂直传播，造成区很快扩散蔓延，造成流行病，能垂直传播，造成区域流行病。域流行病。 持久性久持久性久:“:“利在当代，功在千秋利在当代，功在千秋”包涵体可抵抗不良环境，包涵体可抵抗不良环境，具有非常好的稳定性，是自然环境中的一部分，能起长期控制作具有非常

14、好的稳定性，是自然环境中的一部分，能起长期控制作用。用。 经济效益高经济效益高: :剂量低，使用简便。剂量低，使用简便。 安全性安全性 六、常见昆虫病毒与分类1）双链）双链DNA：杆状病毒科、痘病毒科、多分病毒科、泡囊病毒：杆状病毒科、痘病毒科、多分病毒科、泡囊病毒科和虹彩病毒科；科和虹彩病毒科；2）单链）单链 DNA 病毒中的细小病毒科；病毒中的细小病毒科；3）双链）双链 RNA病毒，其中有呼肠孤病毒科、二分病毒，其中有呼肠孤病毒科、二分 RNA 病毒科；病毒科；4）单链）单链 RNA 病毒，其中有微病毒，其中有微 RNA 病毒科、野田村病毒科和病毒科、野田村病毒科和 T 四病毒科；四病毒科

15、；5）DNA 和和 RNA 的反转录病毒，包括前病毒科和变位病毒科的反转录病毒，包括前病毒科和变位病毒科 苜蓿银纹夜蛾核型多角体病毒可用于防治十字花科蔬菜苜蓿银纹夜蛾核型多角体病毒可用于防治十字花科蔬菜等多种作物甜菜夜蛾。等多种作物甜菜夜蛾。 斜纹夜蛾核型多角体病毒可用于防治十字花科蔬菜等多斜纹夜蛾核型多角体病毒可用于防治十字花科蔬菜等多种作物斜纹夜蛾。种作物斜纹夜蛾。 棉铃虫核型多角体病毒可用于防治为害多种作物的棉铃棉铃虫核型多角体病毒可用于防治为害多种作物的棉铃虫。虫。 荼足蠖核型多角体病毒可用于防治茶树茶尺蠖。荼足蠖核型多角体病毒可用于防治茶树茶尺蠖。 油桐足蠖核型多角体病毒可用于防治茶

16、树茶尺蠖。油桐足蠖核型多角体病毒可用于防治茶树茶尺蠖。 小菜蛾颗粒体病毒可用于防治十字花科蔬菜小菜蛾。小菜蛾颗粒体病毒可用于防治十字花科蔬菜小菜蛾。 幕青虫颗粒体病毒可用于防治十字花科蔬菜菜青虫。幕青虫颗粒体病毒可用于防治十字花科蔬菜菜青虫。 草原毛虫核多角体病毒可用于防治草原毛虫。草原毛虫核多角体病毒可用于防治草原毛虫。七、昆虫病毒的新方向1 病毒昆虫细胞培养体系病毒昆虫细胞培养体系2 病毒的分子生物学：抗凋亡，基因图谱病毒的分子生物学：抗凋亡，基因图谱3 昆虫病毒表达载体昆虫病毒表达载体4 应用研究应用研究CANCER THERAPY: Associate Professor Wang S

17、hu (extreme left) with graduate students Mr Ram Vinod Roy and Mr Yang Jingye research on insect virus as vectors.Associate Professor Wangs research has shown in vitro and in vivo, that the baculovirus is an excellent vector for carrying therapeutic genes into the brain- enabling the therapeutic gene

18、s to reach their targets to eliminate tumour cells. Systemic spread of an RNA insect virus in plants expressing plant viral movement protein genesProc. Natl. Acad. Sci. USA 87, 434438 Flock house virus (FHV), a single-stranded RNA insect virus, has previously been reported to cross the kingdom barri

19、er and replicate in barley protoplasts and in inoculated leaves of several plant species。昆虫病毒增效蛋白昆虫病毒增效蛋白来源于昆虫病毒，曾被称之为病毒促进因子、病毒增强来源于昆虫病毒，曾被称之为病毒促进因子、病毒增强因子因子(viral enhancing factor) (viral enhancing factor) 、增强因子、增强因子(enhancin(enhancin) )或病毒增强素或病毒增强素(synergistic factor)(synergistic factor)，现，现统称增效蛋白

20、统称增效蛋白(enhancing protein)(enhancing protein)。Tanada(1959)Tanada(1959)首次发现美洲粘虫首次发现美洲粘虫( (Pseudaletia Pseudaletia unipunctaunipuncta,Pu,Pu) )颗粒体病毒颗粒体病毒(granulosis(granulosis virus virus，GV)GV)对对其核型多角体病毒其核型多角体病毒(nuclear polyhedrosis(nuclear polyhedrosis virus virus，NPV)NPV)存在增效作用存在增效作用。 增效蛋白是由病毒基因编码的一种

21、磷脂蛋白。增效蛋白是由病毒基因编码的一种磷脂蛋白。 目前研究认为，增效蛋白主要通过二种方式达到增效目前研究认为，增效蛋白主要通过二种方式达到增效作用：作用：一是一是发挥金属蛋白酶的活性发挥金属蛋白酶的活性, ,降解昆虫中肠围食降解昆虫中肠围食膜上的肠粘蛋白和糖蛋白膜上的肠粘蛋白和糖蛋白, ,从而破坏围食膜的物理屏障从而破坏围食膜的物理屏障, ,使病毒粒子更易进入中肠细胞使病毒粒子更易进入中肠细胞, ,增加病毒的相对感染量增加病毒的相对感染量; ;二是二是改变中肠围食膜的通透性和孔径大小改变中肠围食膜的通透性和孔径大小, ,使毒力蛋白使毒力蛋白和病毒粒子更易通过围食膜和病毒粒子更易通过围食膜,

22、,感染宿主昆虫感染宿主昆虫 重组病毒杀虫剂重组病毒杀虫剂随着分子生物学技术的迅猛发展，对昆虫病毒随着分子生物学技术的迅猛发展，对昆虫病毒的遗传改良的研究成为昆虫病毒杀虫剂研究的热点，的遗传改良的研究成为昆虫病毒杀虫剂研究的热点，一是嵌入对昆虫有特异性的毒素基因。如一是嵌入对昆虫有特异性的毒素基因。如Bt毒素基毒素基因、利尿激素基因、保幼激素酯酶基因和螨、蝎、因、利尿激素基因、保幼激素酯酶基因和螨、蝎、蜘蛛及蜂毒的神经毒素基因；蜘蛛及蜂毒的神经毒素基因；二是通过对野生型病毒基因组中的二是通过对野生型病毒基因组中的egt基因进行缺失基因进行缺失改造来改善杀虫效果和杀虫时间；改造来改善杀虫效果和杀虫

23、时间；三是在昆虫病毒中嵌入增效蛋白基因，以增强病毒三是在昆虫病毒中嵌入增效蛋白基因，以增强病毒的感染性，达到增效的目的。的感染性，达到增效的目的。 昆虫杆状病毒表达系统具有安全性高，对外源基因昆虫杆状病毒表达系统具有安全性高，对外源基因克隆容量大，重组病毒易于筛选，具有完备的翻译后克隆容量大，重组病毒易于筛选，具有完备的翻译后加工修饰系统和高效表达外源基因的能力等特点，现加工修饰系统和高效表达外源基因的能力等特点，现已成为基因工程四大表达系统已成为基因工程四大表达系统 对病毒的基因研究对病毒的基因研究, 主要集中在引入可编码具有杀虫作用的神经主要集中在引入可编码具有杀虫作用的神经毒素、毒素、

24、利尿激素、利尿激素、 羽化激素、羽化激素、 蝎子毒素、肽或酶的蝎子毒素、肽或酶的NPV病毒基病毒基因因,在不影响病毒本身功能的条件下增强其毒力在不影响病毒本身功能的条件下增强其毒力;或删除能延长被或删除能延长被侵染幼虫生命的基因等以加快毒杀速度和扩大寄主范围。侵染幼虫生命的基因等以加快毒杀速度和扩大寄主范围。主要包括以下几种：主要包括以下几种： 插入神经毒素、激素和酶基因；插入神经毒素、激素和酶基因；异源重组昆虫病毒；异源重组昆虫病毒；修饰昆虫病毒本身基因。修饰昆虫病毒本身基因。当前被认为最有应用前景的是神经毒素工程病毒当前被认为最有应用前景的是神经毒素工程病毒,包括蝎子、包括蝎子、 螨螨类和

25、蜘蛛的神经毒素类和蜘蛛的神经毒素 。这类毒素可迅速将昆虫麻痹。这类毒素可迅速将昆虫麻痹 , 使之停止使之停止取食和为害作物取食和为害作物 , 而昆虫病毒可以继续增殖而昆虫病毒可以继续增殖 , 杀死寄主。杀死寄主。 利用植物病毒进行抗病育种利用植物病毒进行抗病育种以黄瓜花叶病毒（以黄瓜花叶病毒（CMV）和地黄花叶病毒（）和地黄花叶病毒（ReMV）的）的MP基基因为研究对象因为研究对象,通过对通过对MP基因不同区域的改造、植物表达载体基因不同区域的改造、植物表达载体的构建以及对烟草和番茄的遗传转化，探索了的构建以及对烟草和番茄的遗传转化，探索了CMV和和MeMV MP基因介导抗病性的可能性，基因介

26、导抗病性的可能性， 复制酶即特异性依赖于病毒复制酶即特异性依赖于病毒RNA的的RNA多聚酶。是病毒基因组多聚酶。是病毒基因组编码的自身复制不可缺少的部分，特异地合成病毒的正负链编码的自身复制不可缺少的部分，特异地合成病毒的正负链RNA ，改造后的复制酶失去活性中心，从而抑制病毒的繁殖，改造后的复制酶失去活性中心，从而抑制病毒的繁殖利用卫星病毒：竞争复制酶利用卫星病毒：竞争复制酶反义反义RNA：3-末端序列互补的反义末端序列互补的反义RNA 核酶：一种高效特异的核酶：一种高效特异的RNA内切酶，其结构包括一个几乎完全内切酶，其结构包括一个几乎完全相同的相同的17个高度保守核苷酸序列，其中有个高度

27、保守核苷酸序列，其中有3对碱基配对形成的对碱基配对形成的茎和环结构，整个结构很象一个锤头，具自我切割的活性，锤茎和环结构，整个结构很象一个锤头，具自我切割的活性，锤头结构是自身切割活性的结构基础。头结构是自身切割活性的结构基础。 RNA干扰（干扰（RNA interference, RNAi）是指在进化过程中高度）是指在进化过程中高度保守的、由双链保守的、由双链RNA（double-stranded RNA，dsRNA）诱发）诱发的、同源的、同源mRNA高效特异性降解的现象。由于使用高效特异性降解的现象。由于使用RNAi技术技术可以特异性剔除或关闭特定基因的表达，所以该技术已被广可以特异性剔除

28、或关闭特定基因的表达，所以该技术已被广泛用于探索基因功能和传染性疾病及恶性肿瘤的基因治疗领泛用于探索基因功能和传染性疾病及恶性肿瘤的基因治疗领域。域。2006年诺贝尔奖医学年诺贝尔奖医学/生理学奖获得者之一生理学奖获得者之一Andrew Z. Fire领导完成领导完成 Andrew Z. FireCraig C. Mello 1998年年2月正式在月正式在自然自然杂志上发表论文，公布了有关杂志上发表论文，公布了有关RNA干扰机制的发现。干扰机制的发现。 病毒基因、人工转入基因、转座子等外源性基因随机整合到宿病毒基因、人工转入基因、转座子等外源性基因随机整合到宿主细胞基因组内，并利用宿主细胞进行

29、转录时，常产生一些主细胞基因组内，并利用宿主细胞进行转录时，常产生一些dsRNA。宿主细胞对这些。宿主细胞对这些dsRNA迅即产生反应，其胞质中的核迅即产生反应，其胞质中的核酸内切酶酸内切酶Dicer将将dsRNA切割成多个具有特定长度和结构的小片切割成多个具有特定长度和结构的小片段段RNA（大约（大约2123 bp），即），即siRNA。siRNA在细胞内在细胞内RNA解解旋酶的作用下解链成正义链和反义链，继之由反义旋酶的作用下解链成正义链和反义链，继之由反义siRNA再与体再与体内一些酶（包括内切酶、外切酶、解旋酶等）结合形成内一些酶（包括内切酶、外切酶、解旋酶等）结合形成RNA诱诱导的沉默复合物（导的沉默复合物（RN