滞育诱导温度和光照节律对家蚕sod基因和cat基因的表达的影响

家蚕(Bombyxmori)是卵滞育性鳞翅目模式昆虫,其滞育性受亲代卵孵化期(催青期)温度、光节律等环境因子诱导。为了研究家蚕滞育与温度和光照节律的关系,本文调查了温度、光照节律对家蚕sod基因和cat基因表达的影响。催青期中除了孵化期,25℃持续光照下(25LL)卵的sodmRNA均保持在较高水平,另外,sod基因在20℃光照黑暗(20LD)12h交替环境下的表达量要高于15℃持续黑暗(15DD)条件,且孵化后期这种现象更加明显。cat基因在25LL、20LD和15DD环境之间的表达量无差异,但是孵化后期(积温2160-3600℃.h),cat基因表达水平显著上调,这与在此阶段的蚕卵胚胎对滞育诱导环境温度和光节律比较敏感的结论相一致。此外,本文还调查了子代卵中sod基因和cat基因的表达情况。sod基因在人工活化卵(DTE)中的表达水平显著高于非浸酸的滞育性卵(DDE);卵龄24-192h,25LL子代卵逐渐进入滞育,sod基因表达量下调。低温黑暗条件会上调家蚕子代卵sod基因的表达水平。在初期的盐酸活化卵(DTE)中,cat表达量低于滞育卵(DDE),而后逐渐上升,直至接近滞育卵表达量,这表明盐酸可能会抑制cat基因表达。在恒温条件下,黑暗条件会促进子代卵上调cat表达。在温度光照协同作用下,20LD子代卵中cat表达量低于25LL和15DD。     

滞育诱导温度与光照对家蚕近日节律基因per表达的影响

温度和光照是昆虫近日节律基因表达的授时因子,也是影响家蚕滞育的决定因素。为了解家蚕滞育与近日节律调控的关系,研究了滞育诱导发生温度与光照对家蚕近日节律基因per表达的影响。家蚕整个世代在25℃高温环境下,或幼虫期与蛹期在20℃的较高温度下,per基因在黑暗环境中的转录水平高于光照环境。家蚕幼虫及蛹期在相同光照条件下,per基因转录水平在高温环境中高于低温环境,黑暗环境下又呈现20℃25℃15℃的变化趋势,且温度的影响大于黑暗环境;在25℃持续光照条件(25LL)下,胚后时期per基因的表达水平高于15℃持续黑暗的条件(15DD),而20℃及光照与黑暗各12 h条件(20LD)下变化更加敏感,这与温度和光照对家蚕滞育的诱导作用一致。在处女蛾和卵产出后0.5 h的未受精蚕卵中都检测到了高水平的母源per基因mRNA。亲代卵催青期的单因子25℃高温或黑暗、以及20LD,都会引起子代卵内per基因mRNA水平的上调,这种上调只出现在滞育出现或活化发育的转折时间点(卵龄72 h)之前。家蚕滞育诱导温度和光照条件直接影响per基因在整个世代的差异表达,该基因在卵期的表达与胚胎滞育性差异密切关联。     

滞育诱导发生温度与光周期对家蚕垂体同源框激素基因Pitx表达的影响

家蚕垂体同源框激素PITX对滞育激素DH的分泌与作用有直接影响。为了探讨家蚕滞育的信号传导机制,研究了3种典型的滞育发生诱导温度和光周期条件对Pitx基因表达的影响。结果显示,亲代催青期滞育卵诱导发生条件25LL显著上调了蚕卵中Pitx基因表达水平。整个世代持续25LL环境中,3龄前幼虫和成虫体内,Pitx基因的表达水平高于15DD环境中的蚕体;胚后蚕体Pitx基因的表达水平有显著组织差异,幼虫眠中表达水平有下调趋势。子代卵内Pitx基因mRNA的水平变化与亲代诱导所致的蚕卵滞育性差异密切相关,滞育性卵中未检测到母源Pitx基因的mRNA,卵龄12～24h的胚胎发生期则有较高水平的表达,卵龄72h后的滞育发生阶段后只有痕迹量;非滞育性卵中有较高水平的母源Pitx基因mRNA,胚胎发生及发育期,Pitx基因转录水平显著高于滞育性卵;亲代20LD催青条件下所产卵滞育性不稳定,Pitx基因的mRNA水平显著高于滞育性卵,也高于非滞育性卵。亲代卵的孵化温度与光周期决定子代卵的滞育性,也影响到Pitx基因表达水平,子代卵内Pitx基因表达水平高低不是蚕卵滞育与否的关键。     

滞育诱导发生温度与光周期对家蚕羽化激素基因表达的影响

羽化激素(EH)是调控生长发育的重要神经肽激素。本文研究了家蚕滞育发生诱导温度和光周期条件对羽化激素基因(Eh)表达的影响。结果显示,在15DD非滞育卵诱发环境下,催青期胚胎的Eh基因mRNA一直处于很低水平;而在25LL滞育卵诱发环境或20LD滞育卵与非滞育卵同时出现的诱发条件下,能够检测到Eh的高水平表达,提示胚胎期可能已经开始合成EH。其中25LL蚕卵Eh基因的表达水平高于20LD区,并在积温高于1 440℃.h(反转期)后,Eh基因表达水平显著上调,这与在此阶段的蚕卵胚胎对滞育诱导环境温度和光照节律更加敏感相一致。在胚后幼虫至成虫期维持催青期的15DD或25LL环境中,1-4龄幼虫在食桑期Eh基因继续了胚胎后期25LL中高表达的现象,但5龄幼虫至成虫期出现15DD环境Eh基因表达水平显著高于25LL区的现象。胚后改用25℃自然光照环境保护,25LL区的子代滞育性卵和15DD区的子代非滞育性卵中,表现出15DD环境Eh基因表达水平高于25LL区的现象,在卵龄48h后更加明显。结果表明亲代卵的孵化温度与光周期在决定子代卵的滞育性同时,显著影响整个世代Eh基因的表达。     

催青温度对家蚕二化性品种滞育激素受体基因表达的影响及基因的结构特征

家蚕二化性品种的卵滞育与否受上代环境影响,25℃高温明催青将产滞育卵,而15℃低温暗催青将产非滞育卵。为探究催青温度调控二化性家蚕滞育的分子机制,对从家蚕卵巢细胞中克隆的家蚕滞育激素受体基因(Bmdhr)的5种cDNA进行生物信息学分析,结果表明Bmdhr基因的5种cDNA由相同的mRNA转录本通过不同的剪接方式而来,其中Bmdhr mR-NA-1与Bmdhr mRNA-2编码的氨基酸序列相同,Bmdhr mRNA-4编码的氨基酸序列与家蚕滞育激素BmDHR-1的序列相似度达99.2%。将家蚕二化性品种秋丰的蚕卵用蛾区半分法分成2组,分别以15℃暗催青和25℃明催青,利用实时荧光定量PCR分析催青温度对家蚕不同发育时期及蚕体组织中Bmdhr基因mRNA转录的影响。结果显示:Bmdhr mRNA-1主要在蛹期卵巢中表达,在对滞育激素最敏感的化蛹后4 d时,其转录水平急速上升至峰值,并且高温催青的转录水平高于低温催青;Bm-dhr mRNA-4主要在各发育时期的蚕体血液中表达,特别是在高温明催青条件下,其在蛹期血液中的转录水平是低温暗催青的7.7倍,说明BmDHR-4可能是决定家蚕二化性品种卵滞育与否的关键因子之一;Bmdhr mRNA-5在化蛹后2～3 d的卵巢中转录水平高,且低温催青的转录水平高于高温催青,化蛹后3 d其转录水平开始下降,至化蛹后4～5 d 2种催青处理间的转录水平无显著差异。研究结果为阐明家蚕滞育的分子机制积累了实验数据。     

滞育诱导发生温度与光周期对家蚕垂体同源框激素基因Pitx表达的影响

<正>家蚕垂体同源框激素PITX对滞育激素DH的分泌与作用有直接影响。为了探讨家蚕滞育的信号传导机制,研究了3种典型的滞育发生诱导温度和光周期条件对Pitx基因表达的影响。结果显示,亲代催青期滞育卵诱导发生条件25LL显著上调了蚕卵中Pitx基因表达水平。整个世代持续25LL环境中,3龄前幼虫和成虫体内,Pitx基因的表达水平高于15DD环境中的蚕体;胚后蚕体Pitx基     

二化性家蚕滞育过程中谷胱甘肽S-转移酶活性的变化

二化性家蚕卵以25℃和15℃催青,可分别诱导成虫产下子代滞育和非滞育卵,而即时浸酸和5℃左右的低温处理可以分别阻止和解除胚胎滞育。利用1-氯-2,4-二硝基苯(CDNB)显色法测定了经上述处理后的胚胎滞育过程中谷胱甘肽S-转移酶(glutathione S-transferase,GST)的活性,结果表明:胚胎发育后期的蚕卵经25℃催青,卵中的GST活性显著高于15℃催青蚕卵;蚕卵即时浸酸未显著改变胚胎滞育发动阶段蚕卵中的GST活性;5℃低温处理显著提高了滞育卵中的GST活性,但是未能显著改变即时浸酸卵的GST活性。上述结果表明,蚕卵中的GST活性变化与二化性家蚕胚胎滞育诱导和解除密切相关。     

家蚕山梨醇脱氢酶基因的转录水平特性分析

为了探究家蚕山梨醇脱氢酶基因（BmSDH）在家蚕各发育时期和组织的转录水平,根据家蚕二化性品种子代滞育性受亲代胚胎期催青条件调控的原理,利用半定量RT-PCR分析25.0℃常温明催青和17.5℃低温暗催青对家蚕品种“秋丰”各发育时期蚕体和组织中BmSDH转录水平的影响.结果显示,BmSDH-1、BmSDH-2a和BmS-DH-2b在家蚕的各个发育阶段均有表达：在幼虫期5龄3d,BmSDH-1在常温明催青组脂肪体中转录水平较高;BmSDH-2a和BmSDH-2b在常温明催青条件下的血液、脂肪体和卵巢中转录水平均高于低温暗催青;在蛹期3d,BmSDH-2a和BmSDH-2b在常温明催青条件下血液和卵巢中的转录水平均低于低温暗催青;在次代卵产下后6～24h期间,BmSDH-2a和BmSDH-2b的转录水平逐渐升高.因此,BmSDH-1和蚕卵滞育与否没有直接关系,而BmSDH-2a和BmSDH-2b与家蚕二化性品种卵滞育与否有重要的平行关系,为从分子水平阐明家蚕滞育的分子机制积累了试验数据.     

家蚕二化性品种(品系)转基因用蚕卵的预处理技术研究

家蚕为卵滞育昆虫,二化性家蚕品种(品系)的化性由上代卵期温度与光照等调控。将若干个二化性家蚕品种(品系)以17~18℃温度催青诱导子代蚕卵非滞育,筛选出1个经济性状较优的实用品种"秋丰"、1个突变品系P33,二者非滞育卵圈比例分别达到96.4%和89.6%,正常催青的良卵实用孵化率分别达到96.11%和98.58%,解决了采用显微注射法以家蚕实用品种构建转基因系统过程中因蚕卵滞育不能及时孵化的难题。另对利用20%盐酸-2%甲醛混合液刺激解除蚕卵滞育的方法以及非滞育蚕卵表面用70%乙醇消毒的方法进行了尝试,前者可以获得96%以上的孵化率,后者可以缩短蚕卵预处理时间。     

合成滞育激素对家蚕卵Gpase、NAD-SDH、PFK、FBP活性的影响

二化性蚕品种大造在高温（25℃）明条件（每日光照18小时）下催青时,全部产滞育卵,在低温（16℃）暗条件（全天黑暗）下催青时全部产非滞育卵。低温暗条件下催青的大造在化蛹第3日注射一定剂量的合成滞育激素,可以诱导其产下70％左右左右的滞育卵。这种由合成滞育激素诱导形成的滞育卵,在滞育期中Gpase,PFK,FBP,NAD-SDH等与碳水化合物代谢相关的酶活性与非滞育卵不同,,但与天然滞育卵相似。只是酶活性和蚕卵解除滞育的时间比天然滞育卵有所提高。     

诱发滞育的温度和光照条件对家蚕胚胎生物钟信号主要基因表达的影响

为了深入研究温度和光照等昼夜节律授时因子对家蚕滞育的调控机制,以常规诱导滞育发生的温度与光照条件处理胚胎发育后期蚕卵,调查家蚕胚胎生物钟信号环路主要基因Cry1、Cry2、Per和Tim的表达对授时因子振荡变化的响应。结果显示:光照能够上调Cry1基因在家蚕胚胎发育后期的表达,温度则可改变该基因表达的振荡周期相位;温度在改变Cry2基因振荡表达相位的同时,低温(15℃)还能上调该基因在家蚕胚胎发育后期的表达;温度升高可缩短Per基因表达的振荡周期;黑暗诱导Tim基因振荡表达,温度则能够改变Tim基因表达的振荡周期相位。结果提示:家蚕胚胎中可能存在与其他昆虫类似的以CRY1为光感受器因子的生物钟信号环路,Cry1、Cry2、Per和Tim是家蚕胚胎期能够响应昼夜节律授时因子光照和温度而诱导滞育发生的生物钟基因。     

二化性家蚕卵低温和常温催青的胚胎期蛋白质表达差异分析

家蚕二化性品种的滞育性受上代胚胎期环境条件调控,查找家蚕胚胎期滞育关联蛋白,可为最终阐明家蚕滞育的分子机制提供实验依据。以家蚕二化性品种秋丰的蚕卵为材料,分别在25℃常温和18℃低温条件下催青,提取胚胎不同发育时期蚕卵的易溶性和难溶性蛋白,采用蛋白质双向电泳(2-DE)和图像分析技术,研究蚕卵在胚胎不同发育时期的蛋白质差异表达谱。在易溶性和难溶性蛋白图谱中分别检测到5个和7个差异显著的蛋白点。对这些差异蛋白点进行质谱鉴定,有8个蛋白点得到可信的最佳匹配蛋白报告,共鉴定出卵特异蛋白、卵黄原蛋白、表皮蛋白和丙酮酸脱氢酶激酶4种蛋白。这些差异表达蛋白可能导致蚕卵胚胎中物质代谢和能量代谢的不同,据此推测低温和常温催青可能在蚕卵胚胎中诱导了不同的生理生化反应。     

合成滞育激素对家蚕卵碳水化合物代谢的影响

为了进一步阐明家蚕滞育激素在诱导滞育卵发生以及对蚕卵滞育过程中碳水化合物代谢的调节作用 ,对低温 (16℃ )暗催青的二化性品种大造 ,在化蛹初期注射合成滞育激素 ,诱导其产下滞育卵 ,然后将这种滞育卵分别用 2 5℃和 5℃保护 ,调查其在滞育过程中糖元、海藻糖、山梨醇和甘油量的变化。结果发现 ,从化蛹第 3天开始 ,每天注射 15 0pmol/头合成滞育激素 ,连续 3次 ,可得到 70 %左右的滞育卵。这种滞育卵在产卵初期糖元的含量与自然滞育卵相似 ,但山梨醇的含量仅有自然滞育卵的 5 0 %左右。诱导滞育卵在 5℃中保护时 ,解除滞育的时间比自然滞育卵提前 ,孵化率比自然滞育卵低 2 0 %左右。未孵化卵大多在转青期死亡。由上述结果推测 ,这种诱导滞育卵在产卵初期糖元与山梨醇的代谢间存在某种障碍 ,从而影响山梨醇的合成 ,导致滞育的提前解除和胚胎发育异常。     

低温处理对家蚕滞育卵还原型与氧化型谷胱甘肽比值的影响

还原型谷胱甘肽(GSH)与氧化型谷胱甘肽(GSSG)的比值反映出细胞的氧化胁迫状况。利用分光光度法分别测定家蚕滞育卵持续25℃保护和经5℃低温处理后卵内谷胱甘肽代谢的变化,探讨蚕卵的谷胱甘肽代谢与滞育解除的关系。与持续25℃滞育温度条件下的蚕卵相比,5℃低温解除滞育的处理显著提高了蚕卵总谷胱甘肽含量、GSSG含量和硫氧还蛋白过氧化物酶(TPX)活性,而显著降低了GSH含量以及GSH/GSSG比值。结果表明,低温处理过程中,滞育卵TPX活性显著升高,间接地促进GSH氧化为GSSG,使GSH/GSSG比值显著下降,由此导致蚕卵处于过氧化状态。     

家蚕滞育分子机制的研究

简述了有关家蚕滞育机制的分子生物学研究进展。家蚕的胚胎滞育是由环境条件和遗传性支配的。二化性蚕品种在胚胎中期和晚期经受高温和长光照 ,其结果是下一代胚胎滞育。不同的环境信息被神经分泌细胞“解读”和“受纳”。在特定的环境条件信息下 ,神经分泌细胞产生和分泌滞育激素 (DH)。滞育激素进入卵内 ,调节和建立滞育卵专一的内部环境。其特征是 ,滞育卵中发生有关糖原和山梨醇转换的一系列酶促反应 ,从而实现进入滞育、解除滞育等生理过程。     

体外25℃家蚕卵酯酶A4的ATP酶活性变化及其与滞育性的关系

从家蚕卵纯化出EA4酶蛋白 ,调查了温度对EA4的ATP酶最高活性和其出现时间的影响以及与蚕卵滞育性的关系。EA4的酶活性反应温度为 2 5℃时比 5℃时提高约 1 0倍。从滞育性卵和盐酸处理卵纯化EA4 ,或者用EA4的活性抑制多肽 (PIN)体外处理酶蛋白质 ,2 5℃中EA4的最高活性出现时间比 5℃中显著提早。随纯化时卵龄或PIN处理时间的改变 ,2 5、5℃中EA4的最高活性出现时间以及与蚕卵 5℃冷藏时滞育发育时间有相同趋势的变化。体外 2 5℃和体外 5℃一样 ,EA4的最高活性出现时间与蚕卵的滞育发育有密切的关系     

催青温度对家蚕二化性品种丙酮酸脱氢酶激酶基因(BmPDK)表达的影响

丙酮酸脱氢酶激酶(PDK)在生物体的新陈代谢中具有重要的生理功能。为了探讨家蚕(Bombyx mori)PDK基因的表达特性,用蛾区半分法将二化性家蚕品种的活化越年卵(丙2期)分别以常温(25℃)光照和低温(15℃)黑暗催青,通过实时荧光定量PCR技术检测分析2种温度催青处理后家蚕不同发育阶段和不同组织的BmPDK表达水平。常温光照催青区BmP-DK的表达水平表现出发育时期和组织差异:胚胎发育阶段BmPDK在己4期的表达水平最高,其次是戊2、己3和己5期;幼虫发育阶段BmPDK的表达水平在蚁蚕期极显著高于其它龄期,5龄期在卵巢和精巢的表达水平高于其它组织;蛹期BmPDK的表达水平比其它发育时期低;成虫期的表达水平与胚胎发育末期相当,其中雌蛾的脂肪体和卵巢中BmPDK的表达水平较高。推测BmPDK在家蚕胚胎发育末期及产卵过程中有重要作用。催青温度影响BmPDK在家蚕各发育时期及卵巢组织中的表达水平:胚胎发育阶段戊2期BmPDK的表达水平为常温催青区显著高于低温催青区,己3～己5期常温催青区BmPDK的表达呈低-高-低的趋势,而低温催青区则呈上升趋势;蚁蚕期BmPDK表达水平为低温催青区极显著低于常温催青区;蛹期和成虫期卵巢中,常温催青区BmPDK的表达水平极显著高于低温催青区。催青温度对二化性家蚕BmPDK的表达的影响主要出现在胚胎戊2期、胚胎己3期～蚁蚕期、蛹期、成虫期。