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黄脊竹蝗Ceracris kiangsu隶属于直翅目Orthoptera丝竹蝗科Oedipodidae竹蝗属Ceracris[1]，其若虫、成虫分散或群聚取食竹叶，是取食量很大的一种森林昆虫[2]，分布于湖南、四川、江西、云南、广西、浙江、广东等10个省份[3]。黄脊竹蝗的发生具有周期性，并且严重影响竹材的材质和使用价值，给林业生产带来极大的损失[4]。一直以来，人们对黄脊竹蝗的研究主要以防治为主，对其人工饲养也是为了观察其生活习性以便进行更有效的防治。蝗虫体内蛋白质和脂肪含量很高，氨基酸和维生素的种类也很多[5]，含有大量人体所必需的微量元素，也可以作为饲料喂养各种畜禽[6]，因此，对黄脊竹蝗这一昆虫资源的食饲用价值进行探索与开发有很大的意义。目前，国内已经有许多学者探究了不同饲料对资源昆虫的取食和生长等方面的影响。陈申芝[7]测定了东亚飞蝗Locusta migratoria manilensis对莴苣Lactuca sativa、胡萝卜Daucus carota、麦麸Triticum aestivum、黑麦草Lolium perenne、玉米Zea mays等5种不同植物叶片的取食量以及东亚飞蝗取食这5种食料后的体质量变化。封洪强等[8]探究了金色狗尾巴草Setaria glauca、狗尾草Setaria viridis、鸭跖草Commelina communis、水稻Oryza sativa等对中华稻蝗Oxya chinensis生存及生长发育的影响。张守科等[9]通过黄脊竹蝗的取食偏好试验，测定了其对竹类7个属9个种的取食差异。而关于不同食料对黄脊竹蝗的取食和生长的影响探究较少。本研究从食料和饲用昆虫的角度对黄脊竹蝗进行人工饲养，对比研究了毛竹Phyllostachys edulis、玉米以及芒草Miscanthus sinensis 等3种不同寄主植物对黄脊竹蝗的取食偏好、体质量、体长、产卵情况以及存活率的影响，初步筛选出利于黄脊竹蝗生长发育以及繁殖的寄主植物，为深入探索规模化饲养的关键技术提供理论和实践依据。
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黄脊竹蝗卵块采自湖南省益阳市桃江县。将卵块放置于50 cm×50 cm×50 cm养虫笼中孵化，选择阳光充足的室外作为孵化环境，同时做好防暴雨和暴晒措施，待若虫孵化后供试。
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3种寄主植物分别为玉米、毛竹和芒草。玉米在浙江农林大学森林保护研究所试验林地种植，不施农药，定期施肥除草，待幼苗长至1 m高后采集叶片供试。芒草和毛竹叶采自浙江农林大学校外东湖村，选取长势良好的幼嫩叶片以供黄脊竹蝗取食。以上寄主植物在试验前均用清水浸泡洗净。黄脊竹蝗卵块孵化出若虫后将这3种寄主植物插入锥形瓶中，用水培法维持叶片新鲜，供黄脊竹蝗取食。
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在长60 cm×宽30 cm×高180 cm的养虫笼内饲养200头黄脊竹蝗若虫，试验前期同时投喂3种植物叶片(玉米、芒草、毛竹)，并让其自由选择取食的植物。每天8:30、11:30和17:30观察并记录其发育进度，适时补充3种植物叶片。根据其发育进度选取龄期一致的60头竹蝗若虫分别进行1~5龄期的取食试验，每次取食试验准备3个长50 cm×宽50 cm×高50 cm的养虫笼，每笼供试黄脊竹蝗20头，雌雄比例、龄期、体长一致，同时放入毛竹、玉米和芒草3种寄主植物叶片各25 g。供取食的叶片取至植物尖端幼嫩部位，用水培法保鲜。每次试验前进行14 h的饥饿处理，取食时长控制为24 h。每次取食结束后用网格纸测量被取食叶片的缺刻面积。
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准备9个长50 cm×宽50 cm×高50 cm的养虫笼，各笼饲养20头2龄竹蝗，测量每笼黄脊竹蝗的起始体质量和单头蝗虫的体长，保持每笼黄脊竹蝗雌雄比例一致。笼中放入少量新鲜的水，每笼每次放置一种寄主植物叶片25 g。供取食的叶片取至植物尖端幼嫩部位，用水培法保鲜。隔2 d更换1次食物和水，每次试验结束后清理1次养虫笼。20 d后测量每笼黄脊竹蝗的最终体质量和单头的体长。试验结束，计算不同寄主植物饲养下黄脊竹蝗体质量和体长的增长量。每种寄主植物3个重复。
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在上述方法中饲养的虫源羽化后，从3种不同寄主植物饲喂的养虫笼中各抓取同日龄、健康无损伤成虫5对(雌雄配对，标记好不同寄主植物饲养)，分别放入9个50 cm×宽50 cm×高50 cm养虫笼中，并准备同等质地的砂土供其产卵。砂土土层厚度8 cm，含水量15%，粒度40目。每天更换新鲜的寄主植物叶片，观察并记录其产卵前期及产卵量，直至成虫死亡。
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观察上述方法中饲养的黄脊竹蝗，记录养虫笼中黄脊竹蝗从2~5龄期的存活数量和死亡数量。
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数据处理和分析均使用Excel 2007和SPSS 16.0处理，显著性采用Duncan新复极差法进行多重比较。文中数据均为平均值±标准差。
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图1显示：1龄黄脊竹蝗若虫对3种不同寄主植物叶片的取食面积之间差异显著(P＜0.05)，对玉米叶的取食面积最大，平均为474.67 mm2；对毛竹取食面积次之，平均为179.33 mm2；对芒草取食面积最小，平均为76.00 mm2。黄脊竹蝗1龄若虫对玉米叶的取食量明显高于另外2种寄主植物，同时毛竹叶和芒草叶的取食量之间差异显著(P＜0.05)。
图 1 1~5龄期黄脊竹蝗若虫取食不同寄主植物叶面积比较
Figure 1. Comparison of the feeding area of different host plants by the 1st to the 5th instar C. kiangsu
2龄黄脊竹蝗若虫对3种不同寄主植物叶片的取食面积之间差异显著(P＜0.05)，2龄若虫取食偏好从大到小依次为芒草、毛竹、玉米，与1龄若虫相比发生了显著变化，由1龄若虫最喜欢取食的玉米变为2龄若虫最喜欢的芒草。对芒草叶取食面积最大，平均为1 556 mm2；毛竹取食面积次之，平均为372 mm2；玉米叶取食面积最小，平均为157 mm2。
3龄若虫取食面积从大到小依次为芒草、玉米、毛竹，其中芒草叶取食面积最大，平均为2 343 mm2，而玉米叶和毛竹叶取食面积平均分别为1 659和1 649 mm2，两者差异不显著(P＞0.05)(图1)。4龄和5龄若虫取食面积从大到小依次为芒草、玉米、毛竹，其中芒草叶取食面积仍然最大，但是玉米叶取食面积显著高于毛竹叶(P＜0.05)。综上所述，2~5龄黄脊竹蝗若虫都是最喜欢取食芒草叶，另外，2~5龄期黄脊竹蝗若虫取食玉米叶的面积逐渐上升，在2龄若虫期玉米叶取食量显著低于毛竹叶(P＜0.05)，但是在4龄和5龄若虫期玉米叶取食量则显著高于毛竹叶(P＜0.05)。
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不同寄主植物饲养后，平均每头黄脊竹蝗体质量增长量从大到小依次为玉米(0.301 g±0.015 g)、芒草(0.295 g±0.022 g)、毛竹(0.229 g±0.027 g)，其中玉米叶与芒草叶饲养对黄脊竹蝗体质量增长差异不显著(P＞0.05)，这2种寄主植物对黄脊竹蝗体质量增长量都显著高于毛竹叶(P＜0.05)(图2A)。在3种单一植物饲养下，玉米和芒草对黄脊竹蝗的平均每头体长增长量差异不显著(P＞0.05)，而这2种寄主植物对黄脊竹蝗体长增长量显著高于毛竹叶(P＜0.05)(图2B)，从大到小依次为芒草(25.120 mm±0.682 mm)、玉米(24.860 mm±1.436 mm)、毛竹(22.910 mm±2.914 mm)。
图 2 不同寄主植物饲养下黄脊竹蝗体质量和体长的变化
Figure 2. Change of body weight and length of C. kiangsu after feeding different host plants
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玉米饲养的黄脊竹蝗羽化后第38天开始产卵，毛竹饲养的黄脊竹蝗第39天开始产卵，芒草饲养的黄脊竹蝗羽化后第44天开始产卵。玉米、毛竹和芒草饲养的黄脊竹蝗种群平均产卵前期分别为41.2 d±3.7 d、41.7 d±2.2 d、55.4 d±6.9 d，其中芒草饲养的种群产卵前期显著大于其他2种植物饲养的种群(P＜0.05)(表1)。
表 1 黄脊竹蝗取食不同寄主植物的产卵前期
Table 1. Effect of feeding different host plants on the pre-oviposition periods of C. kiangsu
寄主植物 最短产卵
前期/d最长产卵
前期/d平均产卵
前期/dn 玉米 38 48 41.2±3.7 b 5 毛竹 39 45 41.7±2.2 b 5 芒草 44 61 55.4±6.9 a 5 说明：不同字母表示不同寄主植物间产卵前期差异显著 (P＜0.05)，n表示样本量(黄脊竹蝗雌雄对数) 由图3可以看出：黄脊竹蝗取食不同寄主植物后每雌虫产卵量差异显著(P＜0.05)，其中取食玉米和毛竹后，产卵数量相对较多，平均每笼收集到卵粒分别为131粒(玉米饲喂)和122粒(毛竹饲喂)，而取食芒草收集到的卵粒最少，为21粒。玉米和毛竹饲养种群之间的产卵量差异不显著(P＞0.05)，前两者产卵量都显著高于芒草(P＜0.05)。
图 3 不同寄主植物饲养下黄脊竹蝗产卵量的比较
Figure 3. Comparison of the egg production of C. kiangsu after feeding different host plants
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图4表明：单一寄主植物饲养蝗虫的存活率由高到低依次为毛竹(88.33%)、芒草 (86.67%)、玉米 (88.33%)，但是3种寄主植物之间存活率差异不显著(P＞0.05)。
图 4 不同寄主植物饲养下黄脊竹蝗存活率的比较
Figure 4. Comparison of the survival rate of different foodstuffs fed by C. kiangsu
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在种间竞争、食物资源丰度及植物防御等压力条件下，植食性昆虫往往会产生不同的寄主选择机制[10-11]。尹姣等[12]、李超等[13]研究也显示：当几种不同的寄主植物同时存在时，昆虫取食行为具有一定的选择性。本研究表明：黄脊竹蝗1龄若虫的平均取食面积从大到小依次为玉米、毛竹、芒草，而2~5龄若虫对芒草的取食面积都显著大于其他2种寄主植物(P＜0.05)。黄脊竹蝗在不同龄期的取食偏好性不同，有可能是种间竞争及食物资源丰度等压力条件的影响，也可能是由于昆虫在生长过程中，取食器与消化系统发育状况不同，导致对食物的偏好随之发生改变[14]。
不同寄主植物由于所含次生物质以及营养成分不同，对多食性昆虫的选择行为和生长发育及繁殖均有不同程度的影响[15]。昆虫若虫期的食物营养对其生长发育及繁殖有很大影响，即使在相同的环境条件下，食物的营养不同，昆虫若虫期的生长发育及成虫期的繁殖也会表现出一定的差异性，致使昆虫种群的增长受到影响[16-17]。本研究也显示：供试寄主植物的不同对黄脊竹蝗的生长发育和繁殖力产生的影响存在差异。如芒草与玉米饲喂的黄脊竹蝗平均体质量和体长增长量差异不显著(P＞0.05)，但与毛竹饲喂的黄脊竹蝗体质量和体长增长量差异显著(P＜0.05)；在不同寄主植物饲养下，成虫产卵前期存在明显差异(P＜0.05)，芒草饲养的种群产卵前期显著大于其他2种植物饲养的种群(P＜0.05)；此外，黄脊竹蝗取食不同寄主植物后每雌虫产卵量同样差异显著(P＜0.05)。说明芒草饲喂有利于黄脊竹蝗体质量和体长的增长，却使黄脊竹蝗产卵前期延长，并且产卵量极少，造成此现象的原因可能是芒草叶中含有某种抑制黄脊竹蝗生殖系统发育的物质或芒草叶的营养成分不能满足其发育及生殖的需求。而玉米叶和毛竹叶可能含有的营养物质对黄脊竹蝗生殖系统发育有促进作用，使其产卵数量多，产卵前期相对较短。
综上所述，在3种寄主植物资源丰富、外部环境条件也相同的情况下，黄脊竹蝗取食玉米后的体质量增长量略高于芒草饲养的种群，显著高于毛竹饲养种群，且其产卵量显著高于芒草饲养种群。可以初步推测：玉米是相对适宜黄脊竹蝗的取食和生长发育及产卵需求的寄主植物。另外，从寄主植物获取的难易程度来考虑，玉米可以大量种植，且种植成本低，生长周期较短，种植技术成熟，成活率高，而芒草为户外野生禾本科Gramineae植物，不易大批量获取。可见，相对于其他2种寄主植物，玉米是相对适合黄脊竹蝗人工饲养的食物来源。
Effects of three different host plants on the feeding preference and developmental status of Ceracris kiangsu
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摘要:
目的 研究黄脊竹蝗Ceracris kiangsu在3种不同寄主植物上的取食偏好和发育状况，有助于了解它们与寄主植物的关系。 方法 采用网格坐标纸计算面积法，测定不同龄期黄脊竹蝗对玉米Zea mays、芒草Miscanthus sinensis和毛竹Phyllostachys edulis 等3种寄主植物的取食选择性，并观察3种不同寄主植物对黄脊竹蝗体质量、体长、产卵前期、产卵量和存活率的影响。 结果 不同龄期黄脊竹蝗对寄主植物取食偏好性发生了改变，其中1龄若虫的平均取食面积从大到小依次为玉米(474.67 mm2±66.03 mm2)、毛竹(179.33 mm2±41.38 mm2)、芒草(76.00 mm2±42.11 mm2)，而2~5龄若虫对芒草的取食面积都显著大于其他2种寄主植物(P＜0.05)。不同寄主植物饲喂后，黄脊竹蝗平均体质量增长量从大到小依次为玉米(0.301 g±0.015 g)、芒草(0.295 g±0.022 g)、毛竹(0.229 g±0.027 g)；黄脊竹蝗平均体长增长量从大到小依次为芒草(25.120 mm±0.682 mm)、玉米(24.860 mm±1.436 mm)、毛竹(22.910 mm±2.914 mm)。在不同寄主植物饲养下，成虫产卵前期存在显著差异(P＜0.05)，平均产卵前期从大到小依次为芒草(55.4 d±6.9 d)、毛竹(41.7 d±2.2 d)、玉米(41.2 d±3.7 d)，其中芒草饲养的种群产卵前期显著大于其他2种植物饲养的种群；黄脊竹蝗取食不同寄主植物后雌虫产卵量差异显著(P＜0.05)，从大到小依次为毛竹(122.00粒±6.08粒)、玉米(121.00粒±12.70粒)、芒草(21.00粒±2.89粒)；单一寄主植物饲养黄脊竹蝗的存活率影响差异不显著(P＞0.05)，存活率由高到低依次为毛竹(88.33%±1.70%)、芒草(86.67%±1.66%)、玉米(83.33%±1.60%)。 结论 从寄主植物获取的难易程度以及对黄脊竹蝗体质量、体长增长量和繁殖能力来考虑，玉米叶可以大量种植，芒草为户外野生禾本科Gramineae植物，不易大批量获取。相对来说，玉米叶是最适合黄脊竹蝗人工饲养的食物来源。图4表1参17 Abstract:Objective To further the relationship of Ceracris kiangsu with their host plants, an investigation was conducted of its feeding preferences and developmental status when living on three different host plants. Method The grid area calculation method was employed to determine the feeding selectivity of bamboo locust of different ages and observation was made of the effects of three different host plants on the body weight, body length, pre-laying period, spawning volume and survival rate of C. kiangsu. Result The feeding preference of host plants of C. kiangsu changes as its age accumulates; the average feeding area of first-instar nymphs was Zea mays (474.67 mm2±66.03 mm2)＞Phyllostachys edulis (179.33 mm2±41.38 mm2)＞Miscanthus sinensis (76.00 mm2±42.11 mm2) while the feeding area of the nymphs from the second to the fifth instar on M. sinensis was significantly larger than that on the other two host plants(P＜0.05). The weight growth of different host plants was Z. mays (0.301 g±0.015 g)＞M. sinensis (0.295 g±0.022 g)＞Ph. edulis(0.229 g±0.027 g) whereas the length growth of different host plants was M. sinensis (25.120 mm±0.682 mm)＞Z. mays (24.860 mm±1.436 mm)＞Ph. edulis (22.910 mm±2.914 mm). When breeding on different host plants, C. kiangsu demonstrates significant differences in the pre-spawing period of the adults(P＜0.05) and the average pre-spawning period of the three populations was M. sinensis (55.4 d± 6.9 d)＞Ph. edulis (41.7 d±2.2 d)＞Z. mays (41.2 d±3.7 d), and the pre-spawning period of the population feeding on M. sinensis was significantly longer than that of those feeding on the other two plants(P＜0.05). The population of spawn per female was significantly different after feeding on different host plants, and the result was Ph. edulis (122.00 seeds±6.08 seeds)＞Z. mays (121.00 seeds±12.70 seeds)＞M. sinensis (21.00 seeds±2.89 seeds), yet there was no significant difference in the survival rate of C. kiangsu feeding on different host plants(P＞0.05) with the survival rates as follows: Ph. edulis(88.33%±1.70%)＞M. sinensis (86.67%±1.66%)＞Z. mays (83.33%±1.60%). Conclusion With the difficulty of obtaining the host plants and the weight growth, body length calculation and reproductive capacity of C. kiangsu taken into consideration, corn leaves, compared with other two host plants which are not easy to obtain in large quantities, can be planted in large quantities, thus making the most suitable food source for artificial breeding of C. kiangsu. [Ch, 4 fig. 1 tab. 17 ref.] -
植物在生长发育过程中会通过不断调整基因的表达来适应各种逆境，而转录因子(TFs)是其调控过程的关键因子[1]。研究表明：锌指同源结构域(ZF-HD)转录因子作为一种同源异形盒(HB)蛋白在调控植物生长发育以及响应多种生物和非生物胁迫方面发挥着重要作用[2-3]。ZF-HD不仅具有同源结构域(HD)，还包括1个高度保守的锌指结构域(ZF)[4]，ZF是由2对保守的半胱氨酸(Cys)和/或组氨酸(His)残基结合单个锌离子组成的指环状结构蛋白，可特异性与DNA/RNA序列结合，并参与蛋白质互作[2, 5]；HD是1个约60个氨基酸的DNA结合域(DBD)，这段序列折叠成一个识别螺旋附着在DNA的大沟上，特异性地结合DNA来激活或抑制靶基因的表达[6]。为了方便研究该家族的进化史，HU等[7]将ZF-HD重新命名为ZHD。
ZHD蛋白可分ZHD和小锌指(MIF)两类，两者都含有ZF结构域，但MIF缺少HD结构域[8]。2001年ZHD首次在黄花菊Flaveria trinervia中被鉴定出来[9]，随后拟南芥Arabidopsis thaliana[10]、水稻Oryza sativa[11]、葡萄Vitis vinifera[8]、大白菜Brassica rapa ssp. pekinensis[2]、番茄Solanum lycopersicum[3]、茶树Camellia sinensis[5]和黄瓜Cucumis sativus[12]等的ZHD被陆续发现。研究表明：ZHD能够调控植物的抗逆性，如过表达AtZHD1可以提高拟南芥的耐旱性[13]；OsZHD1基因过表达导致水稻叶片卷曲下垂，降低水稻的耐旱性[14]；在大豆Glycine max中，过表达GmZF-HD1和GmZF-HD2会与编码钙调蛋白的GmGaM4基因启动子结合增强大豆的抗病能力[15]；TaZFHD1参与小麦Triticum aestivum生长发育过程中茉莉酸(JA)、脱落酸(ABA)和乙烯(ET)信号转导过程，调节小麦对胁迫的抗性[16]；大白菜中的BraZF-HD受光、低温等非生物胁迫诱导表达[2]；此外，水稻ZHDs与OsDREB1B基因的启动子结合调节水稻对低温、干旱和机械损伤的抗性[17]。ZHD广泛存在于植物中，在植物对环境胁迫响应过程中起着重要的作用。
毛果杨Populus trichocarpa是研究木本植物生长发育、材质材性以及抗逆性状的重要模式植物，但是目前毛果杨ZHD (PtrZHD)家族及非生物胁迫响应特性的研究尚无报道。本研究通过生物信息学手段鉴定了毛果杨全基因组内的PtrZHDs基因，并对其编码蛋白特征、系统发育、基因扩张、基因结构与保守基序、启动子顺式作用元件和表达特性进行分析，为研究该家族基因的功能提供科学依据。
1. 材料与方法
1.1 材料
将来自中国科学院分子植物科学卓越创新中心的野生型毛果杨‘Nisqually-1’通过组织培养扩繁后，选取长势一致的4周龄组培苗随机分成6组，用质量分数为8%的聚乙二醇(PEG 6000，来自邢台鑫蓝星科技有限公司)水溶液处理0、3、12、24、48和72 h，分别采集各处理组植株的根、茎和叶部组织，经液氮速冻后保存于−80 ℃冰箱，每组处理重复3次。
1.2 PtrZHD家族成员鉴定及理化性质分析
利用拟南芥ZHD家族成员的氨基酸序列比对Phytozome (
https://phytozome.jgi.doe.gov/pz/portal.html )网站中毛果杨基因组数据库获得候选序列，将得到的序列上传到Pfam (http://pfam.xfam.org/ )和SMART(http://smart.embl-heidelberg.de/ )数据库，去除不含ZF-HD_dimer (PF04770)结构域的序列得到全部的PtrZHDs[12]。从Phytozome数据库中获取PtrZHD家族基因的染色体位置、基因序列以及开放阅读框长度等信息，并根据基因所在染色体号及位置对其进行命名。在ExPasy (https://web.expasy.org/protparam/ )网站预测PtrZHD家族分子质量、等电点和氨基酸序列长度。1.3 PtrZHD家族系统发育分析
将鉴定出的毛果杨ZHD氨基酸序列与已知的拟南芥[10]、水稻[11]和大白菜[2]的ZHD氨基酸序列在MEGA X软件的ClustaW程序中进行多重序列比对，采用邻近法(NJ)构建系统进化树，步长设为10000次，得到系统发育进化树数据[18]，经EvolView(
https://www.evolgenius.info/ evolview/ )网站可视化。1.4 PtrZHD家族同源基因的同义替换率(Ks)和非同义替换率(Ka)分析
将PtrZHD家族基因的蛋白质编码序列(CDs)在美国国家生物信息中心(NCBI)网站(
https://blast.ncbi.nlm.nih.gov/Blast.cgi )进行BLAST比对，以超过300 bp且同源性超过80%为标准鉴定同源基因对[19]，同源关系经TBtools[20]软件可视化。利用TBtools计算同源基因的Ks、Ka以及Ka/Ks[20-21]。1.5 PtrZHD家族结构及保守型基序分析
从毛果杨数据库(
https://genome.jgi.doe.gov/portal/pages/dynamicOrganismDownload.jsf?organism= Ptrichocarpa )获得PtrZHD外显子和内含子长度及位置信息，并通过TBtools软件可视化。使用MEME (https://meme-suite.org/meme/tools/meme )网站对PtrZHD家族进行保守基序分析，保守域数目设置为15，结果由TBtools软件可视化。1.6 PtrZHD家族启动子区顺式作用元件分析
利用TBtools软件从毛果杨基因组数据中提取PtrZHD家族起始密码子前2 000 bp的序列作为启动子区域，上传至PlantCARE(
http://bioinformatics.psb.ugent.be/webtools/plantcare/html )网站进行顺式作用元件分析[22]，获得的数据通过TBtools软件可视化。1.7 PtrZHD家族表达特性分析
1.7.1 组织表达特异性
将野生型毛果杨通过组织培养扩繁后，挑选长势一致的4周龄组培苗，分别采集根、茎和叶组织，提取RNA后反转录成cDNA，用于实时荧光定量PCR (qRT-PCR)分析。每组处理重复3次，采用2−∆∆CT法计算相对表达量，并通过TBtools软件可视化。
1.7.2 干旱胁迫下的响应特性
将长势一致的1月龄组培苗随机分成6组。用质量分数为8%的PEG 6000处理0、6、12、24、48和72 h。分别采集各处理组植株的根、茎和叶组织，提取RNA后反转录成cDNA进行qRT-PCR分析。每组处理重复3次，采用
$2^{-\Delta\Delta{\rm{C}}_{\rm{t}}} $ 法计算相对表达量，并通过TBtools软件可视化。1.7.3 RNA提取、反转录及qRT-PCR分析
利用植物总RNA试剂盒(TSP412，北京擎科生物科技有限公司)提取总RNA，然后采用PrimeScriptTMRT reagent Kit [Perfect Real Time，宝生物工程(大连)有限公司 ] 试剂盒反转录RNA，获得cDNA后进行qRT-PCR分析。将PtrZHD家族蛋白质编码区序列上传至上海生工定量引物设计网站(
https://www.sangon.com/new PrimerDesign )设计定量引物，以PtrActin为内参基因[19]。在赛默飞ABI 7500荧光定量PCR仪上进行试验，体系如下：2×TransStart TOP/Tip Green qPCR Super mix 10 μL、定量引物上下游混合引物(10 μmol·L−1) 0.4 μL、cDNA 1.5 μL，Passive Reference DyeⅡ(50×) 0.4 μL，加去离子水补充至20 μL体系。反应程序：94 ℃预变性30 s；94 ℃变性5 s，60 ℃退火15 s，72 ℃延伸35 s，40次循环。2. 结果与分析
2.1 PtrZHD家族成员的鉴定及编码蛋白的基本特征
将所有含ZF-HD_dimer (PF04770)结构域的序列上传到Pfam和SMART数据库，去除冗余序列后从毛果杨基因组中鉴定出21个PtrZHD (表1)，根据基因所在染色体及染色体上的位置信息，将它们分别命名为PtrZHD1~PtrZHD21。PtrZHD家族基因编码蛋白的基本特征分析表明：各PtrZHD所编码蛋白的长度为73~339个、分子量为8.28~37.98 kDa、等电点为6.39~9.31、编码序列长度为222~1 020 bp，蛋白长度、分子量、等电点和编码序列长度差异明显。表明PtrZHD家族基因及其编码蛋白特征存在较大差异，即该家族各个成员的生物学功能发生了分化。
表 1 毛果杨ZHD家族基因概况Table 1 Overview of ZHD gene family in P. trichocarpa登录号 基因名 基因位置 蛋白长度/个 分子量/kDa 等电点 编码序列长度/bp Potri.002G035200.1 PtrZHD1 Chr02: 2259632..2261632 293 32.84 8.22 882 Potri.002G102900.1 PtrZHD2 Chr02: 7442579..7444098 262 27.92 7.28 789 Potri.003G000400.1 PtrZHD3 Chr03: 70322..71164 253 28.01 7.71 762 Potri.003G146700.1 PtrZHD4 Chr03: 16229434..16229655 73 8.28 7.73 222 Potri.004G11.300.1 PtrZHD5 Chr04: 12287585..12289662 334 36.77 8.70 1005 Potri.004G126600.1 PtrZHD6 Chr04: 12337842..12338677 130 14.17 6.81 393 Potri.004G135100.1 PtrZHD7 Chr04: 15528323..15529129 268 29.44 8.83 807 Potri.004G229600.1 PtrZHD8 Chr04: 23480758..23482600 271 30.06 8.39 816 Potri.005G11.300.1 PtrZHD9 Chr05: 9522291..9525287 339 37.98 9.19 1020 Potri.005G158800.1 PtrZHD10 Chr05: 16017482..16019310 257 27.73 6.43 774 Potri.005G227900.1 PtrZHD11 Chr05: 23746838..23749246 290 32.32 8.88 873 Potri.007G024100.1 PtrZHD12 Chr07: 1814109..1816426 331 36.75 9.31 996 Potri.008G086000.1 PtrZHD13 Chr08: 5402319..5403293 324 35.57 8.83 975 Potri.010G169400.1 PtrZHD14 Chr10: 17139193..17140688 332 36.41 9.21 999 Potri.012G040900.1 PtrZHD15 Chr12: 3680805..3681724 182 20.66 6.39 549 Potri.013G108900.1 PtrZHD16 Chr13: 12226035..12227366 281 31.74 7.71 846 Potri.015G032700.1 PtrZHD17 Chr15: 2637644..2638216 190 21.44 6.17 573 Potri.017G082700.1 PtrZHD18 Chr17: 9830334..9831749 161 17.36 5.93 486 Potri.017G082900.1 PtrZHD19 Chr17: 9903467..9905775 337 37.23 8.23 1014 Potri.019G021400.1 PtrZHD20 Chr19: 2418959..2419646 132 14.83 8.83 399 Potri.019G081300.1 PtrZHD21 Chr19: 11464924..11465688 184 20.87 9.91 555 表 2 同源基因的Ka/Ks及同源性Table 2 Ka/Ks values and homologous status of homologous genes同源基因 非同义替换率(Ka) 同义替换率(Ks) Ka/Ks 同源片段长度/bp 同源性 基因1 基因2 PtrZHD1 PtrZHD11 0.06 0.32 0.19 787 0.90 PtrZHD2 PtrZHD10 0.04 0.19 0.21 711 0.92 PtrZHD3 PtrZHD8 0.08 0.36 0.22 682 0.86 PtrZHD5 PtrZHD19 0.08 0.35 0.23 779 0.88 PtrZHD6 PtrZHD18 0.07 0.18 0.39 357 0.91 PtrZHD9 PtrZHD12 0.08 0.29 0.28 875 0.85 PtrZHD13 PtrZHD14 0.09 0.36 0.25 838 0.85 PtrZHD15 PtrZHD17 0.05 0.27 0.19 496 0.90 2.2 PtrZHD家族的进化
利用双子叶植物(拟南芥、毛果杨和大白菜)与单子叶植物(水稻)的ZHD蛋白序列构建系统进化树(图1)，PtrZHD家族分为2个种类(ZHD和MIF)，这2个种类可以分成7个亚族(Ⅰ~Ⅶ)[5, 8, 12]，PtrZHD不同亚族中即包括单子叶植物又包括双子叶植物，表明该基因家族的分化早于单双子叶植物的分化。
图 1 毛果杨、拟南芥、水稻和大白菜ZHD家族系统进化树Figure 1 Phylogenetic tree of ZHD protein family in P. trichocarpa, A. thaliana , O. sativa and B. rapa ssp. pekinensis2.3 PtrZHD家族的扩张
PtrZHD家族成员在毛果杨染色体上的分布(图2)显示：21个PtrZHD不均匀地分布在毛果杨12条染色体上；4、5号染色体上分别分布4和3个ZHD，2、3、17和19号染色体上各分布2个ZHD，7、8、10、12、13和15号染色体上只分布1个ZHD，1、6、9、11、14、16和18号染色体上无ZHD分布。PtrZHD家族编码序列Blast结果表明：PtrZHD1和PtrZHD11、PtrZHD2和PtrZHD10、PtrZHD3和PtrZHD8、PtrZHD5和PtrZHD19、PtrZHD6和PtrZHD18、PtrZHD9和PtrZHD12、PtrZHD13和PtrZHD14以及PtrZHD15和PtrZHD17有共线性关系(图2和表2)，同源片段长度大于300 bp且同源性超过80%，是进化过程中由于全基因组复制和串联复制而形成的同源基因[3, 22]，表明PtrZHD可能通过全基因组复制和串联复制进行家族扩张。8对同源基因的Ka/Ks均小于1(表2)，说明PtrZHD家族在进化过程中经历了纯化选择，留存的基因较为保守[3]。
图 2 PtrZHD家族基因染色体定位及同源性分析Figure 2 Chromosome localization and homology analysis of PtrZHD gene2.4 PtrZHD家族基因结构及其编码蛋白保守基序
PtrZHD家族21个成员中有11个成员含有内含子(图3B)，这与之前报道的其他物种ZHD家族中有内含子的成员数量较少的研究结果稍有不同[5, 12]。PtrZHD蛋白具有2个保守性较高的基序：同源结构域序列(Motif 1)和锌指结构域序列(Motif 2)(图3C)。Motif 2与DNA的特异性结合有关；Motif 1与蛋白二聚体的形成有关[7]。所有的PtrZHD蛋白都具有Motif 1，而且除了PtrZHD4和亚族Ⅴ(MIF)的成员之外，其他家族成员都含Motif 2，说明该家族成员在进化过程中比较保守。
图 3 PtrZHD家族基因结构和蛋白保守基序分析Figure 3 Analysis of gene structure and protein conserved motif of PtrZHD gene2.5 PtrZHD家族启动子区顺式作用元件
PtrZHD家族启动子区顺式作用元件可分为2个大类(图4)：第一大类为植物激素响应元件，共有5种，分别为生长素响应元件(AuxRR-core、TGA-element)，水杨酸响应元件(TCA-element)，茉莉酸甲酯响应元件(CGTC-motif、TGACG-motif)，脱落酸响应元件(ABRE)和赤霉素响应元件(P-box、GARE-motif)；第二大类为非生物胁迫响应元件，共有4种，分别为厌氧诱导元件(ARE)、干旱诱导性结合位点(MBS)、抗病和胁迫诱导元件(TC-rich repeats)和低温响应元件(LTR)。PtrZHD家族各基因启动子区存在不同类型的作用元件，但处于同一亚族的各基因含有相似的作用元件(图4)，亚族Ⅰ主要包含茉莉酸甲酯响应元件、脱落酸响应元件、赤霉素响应元件和厌氧诱导元件；亚族Ⅱ主要包含水杨酸响应元件和茉莉酸甲酯响应元件；亚族Ⅲ主要包含厌氧诱导元件、MYB干旱诱导性结合位点以及抗病和胁迫诱导元件；亚族Ⅳ主要包含生长素响应元件，水杨酸响应元件，茉莉酸甲酯响应元件，脱落酸响应元件和厌氧诱导元件；亚族Ⅴ主要包含水杨酸响应元件、赤霉素响应元件、厌氧诱导元件和MYB干旱诱导性结合位点；亚族Ⅵ主要包含茉莉酸甲酯响应元件、厌氧诱导元件、MYB干旱诱导性结合位点和低温响应元件；亚族Ⅶ主要包含水杨酸响应元件、茉莉酸甲酯响应元件和厌氧诱导元件。以上结果说明：PtrZHD家族可能对植物激素和逆境胁迫有响应能力，虽然不同基因之间响应元件种类存在差异，但是同一亚族基因启动子区顺式作用元件种类基本相同。
图 4 PtrZHD家族基因启动子区顺式作用元件分析Figure 4 Analysis of cis-acting elements in promoter region of PtrZHD gene2.6 PtrZHD家族组织表达与干旱胁迫响应特征
为了了解ZHD在毛果杨生长发育和环境响应中的潜在功能，利用qRT-PCR对毛果杨ZHD家族成员在根、茎和叶组织中的表达模式进行分析。结果(图5)表明：毛果杨21个PtrZHDs中有1、7和13个分别在根、茎和叶部组织偏好表达。亚族Ⅰ和Ⅲ的成员主要在叶中高表达；亚族Ⅱ和Ⅳ的成员全都在叶中高表达；亚族Ⅴ成员主要在茎中高表达；亚族Ⅵ成员主要在茎和叶中高表达；亚族Ⅶ成员在茎中高表达。毛果杨ZHD家族成员在根、茎和叶中有不同的表达特性，但同一亚族各成员偏好表达部位基本相同，说明ZHD在毛果杨根、茎和叶部组织中的生物学功能产生了分化，但同一亚族各成员功能相似。
图 5 PtrZHDs组织表达特异性分析Figure 5 Analysis of tissue expression specificity of PtrZHDs gene从图6可知：在根中，随着干旱胁迫时间的增加，部分PtrZHD的表达量显著上调，达到峰值后逐渐降低，PtrZHD3、PtrZHD8、PtrZHD9、PtrZHD10、PtrZHD11、PtrZHD5、PtrZHD13和PtrZHD14在干旱胁迫下表达量呈持续上升趋势，PtrZHD1、PtrZHD6在干旱胁迫下表达量下降；在茎中，大部分PtrZHD在干旱胁迫后显著上调表达，达到峰值后逐渐降低，而PtrZHD2、PtrZHD3、PtrZHD5、PtrZHD6和PtrZHD7在干旱胁迫下表达量呈持续上升趋势；在叶中，大部分PtrZHD在干旱胁迫后表达量同样呈先升后降的趋势，PtrZHD5、PtrZHD7和PtrZHD20在干旱胁迫下表达量持续下降，而PtrZHD1和PtrZHD18在干旱胁迫下表达量呈持续上升趋势。从响应速度来看，根中大部分PtrZHD基因响应干旱胁迫的快速上升期发生在6、12或72 h，而在茎和叶中的快速上升期发生在6或12 h。表明毛果杨ZHD家族各成员响应干旱胁迫且在胁迫中发挥不同的作用。
图 6 不同组织中PtrZHDs在干旱胁迫下的表达谱分析Figure 6 Expression profile analysis of PtrZHDs gene in different tissues under drought stress3. 讨论
ZHD是植物特有的转录因子，在植物生长发育和逆境胁迫响应中起着重要作用[6, 15]。本研究从全基因水平鉴定出21个PtrZHDs家族成员，进化分析表明(图1)：21个PtrZHDs可以分为2个不同的种类(ZHD和MIF)、7个亚族(Ⅰ~Ⅶ)，这与葡萄[8]、茶树[5]和黄瓜[12]中的分类基本一致。
PtrZHD家族有76%的成员涉及全基因组复制和串联复制现象，说明该基因家族扩张的主要方式是全基因组复制和串联复制[22-23]，基因复制可以提供丰富的遗传物质有助于毛果杨适应外界环境。PtrZHD家族同源基因的Ka/Ks均小于1，表明纯化作用在该基因家族进化过程中存在一定的选择压力[3]，说明PtrZHD家族基因具有较强的保守性。同时，PtrZHD家族基因编码蛋白保守基序分析发现：21个PtrZHD蛋白具有2个保守性较高的基序Motif 1和Motif 2，进一步说明PtrZHD家族在进化过程中较为保守。
启动子分析发现：虽然PtrZHD家族启动子区顺式作用元件的种类不同，但处于同一亚族基因启动子区顺式作用元件类型基本相同，同时，同一亚族基因编码蛋白的保守基序也基本相同，表明PtrZHD家族不同亚族的生物学功能产生了分化，但同一亚族各基因的生物学功能基本相同；PtrZHD家族成员在毛果杨根、茎和叶部组织中具有偏好性表达特征，但同一亚族基因的偏好表达部位基本相同。
毛果杨中具有内含子的ZHD占比(52%)多于拟南芥(0%)[2]、水稻(33%)[24]、玉米Zea mays(13%)[24]、黄瓜(38%)[14]、苦荞麦Fagopyrum tataricum (20%)[25]、大白菜(3%)[2]和番茄(4%)[3]等草本植物，内含子增多可以加大转录本的多样性，提高生物的抗逆能力[26]。因此，毛果杨ZHD的内含子比草本植物多的原因可能是毛果杨生命周期长、生存空间大，需要应对更为复杂的环境挑战，所以进化出了更多含有内含子的基因以保证其正常生长发育。
ZHD能够调控植物的生长发育和对干旱胁迫的抗性，如过表达AtZHD1可以提高拟南芥的耐旱性[13]，OsZHD1基因过表达导致水稻叶片卷曲下垂，降低水稻的耐旱性[14]；毛果杨亚族Ⅱ中的PtrZHD2、PtrZHD10与AtZHD1、OsZHD1聚类在一起，且同时在叶部组织中高表达，表明PtrZHD2和PtrZHD10可能通过调控毛果杨叶片的生长发育来响应干旱胁迫的。生物在遭受胁迫时，基因的相关顺势作用元件会影响其自身的转录以响应胁迫[27]，PtrZHD家族基因启动子区含有MYB干旱诱导性结合位点，而且PtrZHD家族基因在干旱胁迫下的表达量会随着胁迫时间的增加而发生变化，进一步说明在毛果杨干旱胁迫的响应中，PtrZHD家族基因发挥着重要的调控作用。
4. 结论
本研究在全基因组水平上鉴定出21个PtrZHDs，通过系统发育将其分为7个亚族；同源性及Ka、Ks分析表明：PtrZHD通过全基因组复制和串联复制进行家族扩张且在进化过程中经历了纯化选择；启动子顺式作用元件分析表明：PtrZHD家族基因能够响应干旱胁迫信号；基因结构和基序分析表明：PtrZHD家族基因功能发生了分化但同一亚族基因生物学功能基本相同；组织表达特异性和干旱胁迫下的表达模式表明：毛果杨ZHD在不同组织中行使特定的生物学功能且能够响应干旱胁迫。
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图 1 1~5龄期黄脊竹蝗若虫取食不同寄主植物叶面积比较
不同字母表示同一龄期不同寄主植物间取食面积差异显著(P＜0.05)
Figure 1 Comparison of the feeding area of different host plants by the 1st to the 5th instar C. kiangsu
图 2 不同寄主植物饲养下黄脊竹蝗体质量和体长的变化
不同字母表示同一指标在不同寄主植物间差异显著(P＜0.05)
Figure 2 Change of body weight and length of C. kiangsu after feeding different host plants
图 3 不同寄主植物饲养下黄脊竹蝗产卵量的比较
不同字母表示不同寄主植物间产卵量差异显著(P＜0.05)
Figure 3 Comparison of the egg production of C. kiangsu after feeding different host plants
图 4 不同寄主植物饲养下黄脊竹蝗存活率的比较
不同字母表示不同寄主植物间存活率差异显著(P＜0.05)
Figure 4 Comparison of the survival rate of different foodstuffs fed by C. kiangsu
表 1 黄脊竹蝗取食不同寄主植物的产卵前期
Table 1. Effect of feeding different host plants on the pre-oviposition periods of C. kiangsu
寄主植物 最短产卵
前期/d最长产卵
前期/d平均产卵
前期/dn 玉米 38 48 41.2±3.7 b 5 毛竹 39 45 41.7±2.2 b 5 芒草 44 61 55.4±6.9 a 5 说明：不同字母表示不同寄主植物间产卵前期差异显著 (P＜0.05)，n表示样本量(黄脊竹蝗雌雄对数) 
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百度学术其他类型引用(2)
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链接本文:
https://zlxb.zafu.edu.cn/article/doi/10.11833/j.issn.2095-0756.20190723
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