杀虫剂辛硫磷诱导家蚕脂肪体蛋白的表达特征及SerB基因的组织转录活性分析

为了从蛋白质水平探讨家蚕对有机磷杀虫剂的抗性机制,采用双向电泳结合基质辅助激光解析电离飞行时间质谱技术,分析家蚕5龄中期幼虫在添食杀虫剂辛硫磷前后脂肪体蛋白的表达特征。经ImageMaster6.0软件分析表明,对照组共检测到465个蛋白点,实验组检测到396个蛋白点,其中能匹配的蛋白点有348对,匹配率为73.54%。对特征蛋白进行质谱分析,已鉴定的蛋白包括磷酸丝氨酸转氨酶(SerB)和5'-甲硫腺苷磷酸化酶(MTAP)。采用半定量RT-PCR分析家蚕5龄幼虫添食辛硫磷后脑、中肠、丝腺、脂肪体、精巢、马氏管等6个组织器官中SerB基因mRNA的转录水平,结果与对照组相比均呈现上调趋势,其中在脑组织的转录水平上调尤为明显,在脂肪体中的转录水平上调与其蛋白的表达上调一致。受辛硫磷诱导的影响,家蚕5龄中期幼虫脂肪体的蛋白数目减少,SerB基因在各组织器官增量表达,推测可能与蚕体对农药的代谢解毒作用有关。     

家蚕谷胱甘肽-S-转移酶基因(BmGSTd1)的诱导表达定量分析

谷胱甘肽-S-转移酶(GST)在机体的解毒代谢和抗氧化中起重要作用。为探究家蚕谷胱甘肽-S-转移酶基因(BmGSTd1)在家蚕体内的解毒和抗性功能,采用实时荧光定量PCR方法,对BmGSTd1基因在正常饲养及添食NaF家蚕5龄幼虫不同组织中的转录水平进行检测,并采用家蚕Actin3、GAPDH、28S rRNA 3种内参照基因对检测结果进行归一化处理。BmGSTd1基因在家蚕5龄幼虫各组织的转录水平存在差异,且采用不同内参照基因结果不一致:分别以家蚕Actin3、GAPDH、28S rRNA基因为内参照,该基因转录水平最高的组织分别为中肠、丝腺、脂肪体。5龄第2天幼虫添食NaF对体内各组织中BmGSTd1基因的转录水平具有诱导作用,且在不同组织中诱导表达的情况不同,采用以上3种内参照基因进行归一化处理的结果数据表明,中肠和脂肪体组织中的诱导转录水平最高,可能与这2种组织是家蚕主要的解毒器官有关。研究认为,检测基因在不同组织中的转录水平,采用合适的内参照基因对保证检测结果的可靠性非常重要。     

家蚕烟酰胺腺嘌呤二核苷酸激酶基因(BmNADK)的高温应激表达分析

烟酰胺腺嘌呤二核苷酸激酶(NAD kinase,NADK)是生物体内氧化还原调节和氧化应激反应的重要酶类。以对高温耐受性不同的家蚕品种的5龄幼虫为材料,进行34℃连续高温处理和42℃高温冲击3 h处理,通过实时荧光定量PCR检测家蚕NADK基因(Bm NADK)在雌蚕和雄蚕的脂肪体、中肠、丝腺3个器官组织中的表达水平,探究该基因是否与家蚕对高温的应激反应有关。结果显示,5龄期2种高温环境胁迫均可引起Bm NADK基因在蚕体3个器官组织中上调表达,其中在脂肪体表达的上调最为显著,且雄蚕脂肪体中的上调表达明显高于雌蚕,当恢复常温环境条件时,Bm NADK基因在蚕体组织的表达量也随之下降;高温胁迫下Bm NADK基因在耐高温家蚕品种7532幼虫组织中的表达量高于对高温耐受性差的品种皓月。研究结果显示Bm NADK基因与家蚕对高温的应激反应相关,在耐高温家蚕品种及雄蚕体内的应激表达水平相对较高。     

家蚕C-型凝集素11基因BmCTL11的克隆及表达分析

昆虫的C-型凝集素参与先天免疫系统中细胞间的相互作用,家蚕C-型凝集素11(C-type lectins,CTL11)基因BmCTL11是经家蚕微孢子虫(Nb)感染诱导后在蚕体内持续高量表达的基因。用生物信息学方法分析BmCTL11基因编码有307个氨基酸的多肽,预测分子质量34.51 kD,等电点4.69,含2个串联的典型C-型凝集素糖识别结构域,与烟草天蛾的IML-1蛋白进化距离最近。RT-PCR检测BmCTL11基因在家蚕幼虫时期的转录水平较高,并在多个组织有转录。将灭活的家蚕病原细菌、真菌、微孢子虫、病毒等注射家蚕5龄幼虫后的24 h内,qRT-PCR检测BmCTL11基因在幼虫脂肪体和中肠组织内的转录水平均发生上调,说明该基因能够被多种病原微生物诱导。以家蚕5龄第3天幼虫脂肪体c DNA为模板克隆了BmCTL11基因,连接到p ET-32a载体,诱导表达后将纯化的融合蛋白免疫昆明鼠制备出效价为1∶102 400的BmCTL11多克隆抗体。Western blot分析结果显示,BmCTL11蛋白可能以二聚体形式主要分布于家蚕脂肪体、血浆、中肠、表皮等组织中,推测BmCTL11在家蚕识别病原微生物并介导引发进一步的先天免疫反应过程中有重要的作用。     

谷胱甘肽硫转移酶参与家蚕氟化物耐受性形成的研究

利用对氟化物高度敏感的家蚕品种733新和高度耐受性品种T6构建耐氟近等基因系,对回交15代的近等基因系群体从幼虫2龄眠起开始至4龄第3天连续添食200 mg/kg Na F溶液浸渍的桑叶,调查蚕体重要代谢酶类谷胱甘肽硫转移酶(glutathione S-transferase,GST)基因表达和酶活性的变化。解剖获取4龄3 d幼虫中肠组织进行双向电泳分析的结果显示,近等基因系群体中耐氟个体中肠的GST表达量比敏感个体明显上调。进一步利用实时荧光定量PCR检测GST基因在耐氟个体与敏感个体中肠、血淋巴、脂肪体和马氏管中的相对表达量,并对5龄1~6 d幼虫中肠、血淋巴中的GST酶活力进行测定。结果表明,家蚕对氟化物的抵抗力可能与体内GST酶活力的强弱有关,由于受氟化物刺激的诱导,可能导致GST基因表达水平发生了变化。研究结果为进一步探索家蚕耐氟机制提供了有用信息。     

微量菊酯类农药对家蚕细胞色素P450酶9家族基因转录水平的影响

昆虫细胞色素P450酶广泛分布于各种需氧生物,是一类参与机体代谢解毒或代谢活化作用的超家族酶系。分析家蚕细胞色素P450酶基因表达对微量菊酯类农药的响应,有助于从分子水平阐释家蚕对农药的生理代谢机制,以及探讨细胞色素P450酶活性与家蚕对农药耐受性的关系。以对菊酯类农药耐受性不同的2个家蚕品种为材料,采用实时荧光定量PCR方法,检测分析2个家蚕品种5龄第3天幼虫添食微量(0.02 mg/L)氰戊菊酯后主要解毒组织中肠和脂肪体中3个P450酶9家族基因的转录水平变化及在品种间存在的差异,结果表明:敏感性家蚕品种Lan5的幼虫脂肪体组织中CYP9a19和CYP9a20基因m RNA的转录水平与对照组幼虫相比显著下调,在中肠组织中2个基因的转录水平变化不大,而CYP9a22基因m RNA在中肠和脂肪体中的转录水平均无显著变化;耐受性家蚕品种Mysore的幼虫中肠组织中CYP9a19和CYP9a22基因m RNA的转录水平与对照组幼虫相比均显著上调,CYP9a20基因m RNA在脂肪体组织中的转录水平也显著上调。研究结果提示:细胞色素P450酶9家族基因的转录水平变化,可能与家蚕不同品种对菊酯类农药的耐受性差异有关。     

对乙酰氨基酚在家蚕体内的糖基化代谢特点和对组织的损伤作用

以临床解热镇痛药基本成分对乙酰氨基酚(APAP)为模药,调查APAP在家蚕体内的代谢和对蚕体主要组织(系统)的损伤以及蚕体主要解毒酶基因的表达变化,探讨家蚕作为肝毒性药物毒理研究替代实验动物的可能性。家蚕5龄2 d幼虫经口给予APAP后0.5 h,在消化管、脂肪体和血淋巴中均能够检测到原药,APAP主要糖基化解毒代谢途径中的关键酶——尿苷二磷酸-葡萄糖醛酸基转移酶(UGT)活性也随即快速上升,其中脂肪体中的UGT酶活性上升早于血淋巴和消化管。实时荧光定量PCR(qRT-PCR)分析显示,幼虫消化管和脂肪体细胞中UGT家族基因Ugt30、Ugt86和Ugt89的转录水平在给予APAP后0.5 h开始显著上调。HE染色显示,高剂量APAP对蚕体消化管和脂肪体组织具有损伤作用,但AO/PI染色未发现血淋巴中死细胞增多。研究结果表明,家蚕的消化管、脂肪体和血淋巴都有通过糖基化代谢APAP的解毒功能,过量的APAP对消化管和脂肪体组织都有损伤作用。     

家蚕胸腺素对蚕体抗核型多角体病毒感染能力的影响

胸腺素(THY)在动物进化过程中高度保守,并在许多生命活动中发挥重要作用。将家蚕核型多角体病毒(Bm NPV)感染家蚕5龄幼虫后,分别提取蚕体及不同组织的RNA和蛋白质,检测Bm THY基因的转录及蛋白质表达的变化,并探究利用重组胸腺素r Bm THY增强家蚕抗病毒能力的可行性。qRT-PCR检测结果表明,感染Bm NPV后的家蚕5龄幼虫,其血淋巴、脂肪体、丝腺和气管中的Bm THY基因mRNA转录水平不同程度上调,而马氏管、中肠和头部组织中Bm THY基因mRNA转录水平则呈下调趋势;Western blotting检测家蚕5龄幼虫感染Bm NPV后72 h,蚕体内Bm THY蛋白的表达水平下降42.3%。家蚕5龄幼虫接种Bm NPV后,分别添食质量浓度为340μg/m L(高剂量)、34μg/m L(中剂量)和3.4μg/m L(低剂量)的r Bm THY溶液,调查3组幼虫的发病率为43.8%、54.0%和57.6%,而对照组幼虫分发病率为62.2%。研究结果初步证明Bm NPV感染可降低蚕体及部分组织中Bm THY的基因转录与蛋白质表达水平,高剂量r Bm THY添食处理可以在一定程度上提高家蚕抗Bm NPV病毒感染的能力。     

家蚕经菊酯类农药诱导后脂肪体蛋白的表达谱及烯醇酶基因的组织转录活性

为了从蛋白质水平探讨家蚕对菊酯类农药的抗性机制,采用双向电泳结合基质辅助质量飞行时间质谱(MALDI-TOF-MS)技术,分析家蚕5龄幼虫经氯氰菊酯诱导前后脂肪体蛋白的表达特征。采用ImageMaster6.0软件分析表明,对照组共检测到432个蛋白点,诱导实验组检测到369个蛋白点,其中能匹配的蛋白点有342对,匹配率为76.68%。对特征蛋白进行MALDI-TOF-MS分析鉴定的蛋白包括烯醇酶、线粒体醛脱氢酶、伴侣素、肌动蛋白、gag-like蛋白。烯醇酶(enolase)是糖酵解过程中极为重要的酶类。采用半定量RT-PCR对经氯氰菊酯诱导后的家蚕脑、中肠、丝腺、脂肪体、精巢、马氏管、血液等7个组织器官的烯醇酶基因进行表达分析,结果表明,烯醇酶基因转录水平在7个组织器官中都呈现下调趋势,分别下调了13.79%、10.71%、22.48%、7.40%、27.00%、11.50%、14.52%,其中脂肪体的烯醇酶基因表达和蛋白的表达下调一致。受菊酯类农药诱导的影响,家蚕5龄幼虫脂肪体蛋白的数目减少,烯醇酶基因在各组织器官减量表达,提示可能与蚕体的基础生理代谢受到抑制有关。     

蜕皮激素诱导家蚕蜕皮激素受体和超气门蛋白基因的表达变化

昆虫蜕皮激素受体(ecdysone receptor,EcR)是一种核内受体,为蜕皮激素的分子靶标。用0.002 g/L蜕皮激素溶液浸泡过的桑叶饲喂家蚕5龄幼虫,采用双跟踪标定定量PCR(dual-spike-in qPCR)方法,检测家蚕蜕皮激素受体基因BmEcR-A、BmEcR-B1和超气门蛋白(ultraspiracle,USP)基因BmUSP在家蚕幼虫马氏管、脂肪体、中肠组织的转录水平变化,分析蚕体组织以及BmEcR和BmUSP基因在蜕皮激素代谢过程中的作用与表达调控特征。结果表明:家蚕EcR的2种同工型基因BmEcR-A和BmEcR-B1的mRNA转录水平均变化显著,在脂肪体中的转录水平最高,其它组织相对较低;BmUSP的mRNA转录水平同样变化显著,且在脂肪体中的转录水平最高,马氏管次之,中肠最低。另检测正常情况下4龄眠期和5龄末期BmEcR-A、BmEcR-B1和BmUSP的mRNA转录水平相对于其它发育时期较高,且脂肪体中的转录水平要明显高于其它组织。BmEcR-A、BmEcR-B1和BmUSP均在家蚕幼虫脂肪体中高水平表达,表明了脂肪体在蜕皮激素代谢过程中的重要性。     

家蚕丝氨酸蛋白酶BmHP14基因的克隆与表达模式分析

家蚕受到外源微生物侵染或损伤时,前酚氧化酶原级联反应中的起始丝氨酸蛋白酶会激活下游信号通路,最终产生黑色素。采用RACE技术,获得了家蚕前酚氧化酶原级联反应起始丝氨酸蛋白酶——血淋巴蛋白酶编码基因的全长cDNA序列,命名为BmHP14(GenBank登录号:JQ954757)。BmHP14 cDNA全长2 508 bp,开放阅读框为2 013 bp,编码670个氨基酸,预测蛋白质分子质量71 kD,等电点5.09,N端17个氨基酸预测为信号肽序列。多重序列比对显示BmHP14与烟草天蛾HP14的相似度很高,达到57%;分子进化树中二者也聚为一支。RT-PCR分析表明,BmHP14在家蚕5龄第3天幼虫脂肪体、马氏管、精巢、卵巢、表皮、血细胞、头部均有表达,其中以脂肪体中的表达水平最高。以黑胸败血芽孢杆菌、大肠杆菌、球孢白僵菌注射侵染家蚕5龄第3天幼虫,Real-time PCR检测显示在受到病菌侵染后,幼虫脂肪体中的BmHP14表达上调。Westernblotting检测结果显示,BmHP14在家蚕体液中以前体和成熟体的形式共同存在。研究结果提示,BmHP14是家蚕前酚氧化酶原级联反应信号通路中的关键酶。     

细胞周期素家族基因在家蚕4龄幼虫蜕皮过程中的转录特征

细胞周期蛋白(cyclin)是真核生物细胞有丝分裂的重要调节蛋白,家蚕具有5种类型细胞周期蛋白基因。以4龄将眠蚕、4龄眠蚕和5龄起蚕为材料,采用定量PCR方法分析5种细胞周期蛋白基因在4龄幼虫蜕皮过程的组织表达特征为:5种类型cyclin基因在生殖腺中都高表达,其中cyclinE在眠中表达量最高,其它4种类型cyclin基因在将眠时表达量最高,证实4龄眠期是家蚕生殖腺细胞发生有丝分裂的重要时期;5种类型cyclin基因在马氏管中都有表达,其中cyclinA和cyclinB3在4龄将眠蚕的马氏管中存在表达高峰,推测和马氏管内表皮更新相关;除cyclinL1在眠蚕丝腺的表达量很低外,cyclinA、cyclinB、cyclinB3和cyclinE在眠蚕丝腺中都存在表达高峰,可能和丝腺的内表皮更新相关;cyclinA、cyclinB、cyclinB3在脂肪体中的表达量较高,且在将眠时或眠中存在表达高峰,推测和脂肪体中能量物质的积累相关;5种类型cyclin基因在脑、血液和中肠的表达量都很低,且蜕皮前后的变化规律不明显。研究结果提示:在家蚕4龄幼虫蜕皮过程中,cyclin基因的转录特征不仅和来源于外胚层组织的表皮更新相关,还和生殖腺的发育及脂肪体中能量物质的积累存在相关性。     

家蚕防御素基因的序列特征与表达模式分析及原核表达试验

家蚕防御素(defensin)是家蚕抗菌肽家族的主要成员之一,为家蚕先天性免疫的重要效应因子。采用生物信息学方法分析家蚕防御素基因BmdefA、BmdefB的序列中各有2个外显子,2个基因分别定位于家蚕第4号和第13号染色体上;等电点预测BmdefA带有负电荷,属于罕见的阴离子型抗菌肽,而BmdefB带有正电荷,属于常见的阳离子型抗菌肽;预测2个基因编码的成熟肽分子质量均在4 kD左右。用RT-PCR方法检测BmdefA在家蚕整个发育过程中有表达,且在检测的幼虫和成虫各组织中均有表达;BmdefB从幼虫5龄第3天到成虫期表达,雄性表达量高于雌性,且在5龄第3天幼虫的生殖腺、脂肪体和血细胞中高水平表达。家蚕防御素BmdefA、BmdefB具有不同的分子特性和表达特征,暗示它们在家蚕先天免疫过程中可能行使不同的功能,甚至可能具有不同的抗菌机理。构建融合GST标签的家蚕防御素基因原核表达载体,通过在大肠杆菌细胞内诱导表达,获得可溶性的目的蛋白,使用GST亲和层析柱初步纯化表达的融合蛋白并进行Western blotting鉴定,为进一步研究BmdefA、BmdefB的体外活性和抑菌机制奠定基础。     

参与家蚕免疫反应的clip丝氨酸蛋白酶家族基因分析

丝氨酸蛋白酶在昆虫的新陈代谢和生长发育等多种生理过程中起重要作用,特别是含clip结构域的丝氨酸蛋白酶与昆虫的免疫级联激活途径密切相关。为探索家蚕clip丝氨酸蛋白酶在家蚕先天免疫反应信号通路中的作用,对家蚕(Bombyxmori)与烟草天蛾(Manduca sexta)中鉴定获得的含有clip结构域的丝氨酸蛋白酶进行序列比对和系统进化分析,发现BmSP78与MsPAP-1、BmSP127与MsHP8、BmSP124与MsHP1、BmSP125与MsHP17位于同一进化支上,4对clip丝氨酸蛋白酶的氨基酸序列相似度分别为70%、68%、81%和57%,另外的8个蛋白酶BmSP23、BmSP111、BmSP95、BmSP135、BmSP129、BmSP137、BmSP91和BmSP99构成了家蚕特有的一群clip丝氨酸蛋白酶。用革兰阴性细菌沙雷氏菌和革兰阳性细菌黑胸败血菌分别注射感染家蚕5龄第4天幼虫后,通过半定量RT-PCR检测分析clip丝氨酸蛋白酶基因在不同感染时间点的表达特征:病原菌诱导后蚕体中有11个clip丝氨酸蛋白酶基因mRNA转录水平有明显变化,其中BmSP102和BmSP96于黑胸败血菌诱导12 h后在血细胞中明显上调表达,而BmSP125在沙雷氏菌和黑胸败血菌感染12 h后的脂肪体中均明显上调表达。研究结果为建立家蚕clip丝氨酸蛋白酶可能参与的免疫级联反应路径提供了重要线索。     

家蚕葡萄糖-甲醇-胆碱氧化还原酶家族基因BmGMCβ2的克隆及序列与表达分析

葡萄糖-甲醇-胆碱氧化还原酶(glucose-methanol-choline oxidoreductases,GMC)家族是昆虫体内一大类以黄素腺嘌呤二核苷酸(FAD)为辅酶的氧化还原酶类,家蚕基因组中含有43个GMC家族基因。以家蚕5龄幼虫cDNA为模板克隆到一个家蚕GMC家族基因,命名为BmGMCβ2(GenBank登录号:JQ965926)。该基因cDNA全长1 875 bp,编码624个氨基酸,预测蛋白质分子质量为69.3 kD,pI为6.21,定位于家蚕16号染色体的nscaf3058上,编码蛋白质含GMC家族共有的ADP-bindingβ-α-β折叠结构域。系统发育分析表明该基因是家蚕GMC家族β亚家族基因成员。RT-PCR检测家蚕不同发育时期和5龄第3天幼虫不同组织中BmGMCβ2基因mRNA转录水平,以5龄盛食期最高,并且主要在表皮、脂肪体和气管中转录表达;Westernblotting分析BmGMCβ2蛋白主要在5龄第3天幼虫的脂肪体中表达。将BmGMCβ2克隆到原核表达载体pET-28a(+)中,转化E.coli BL21表达菌株,IPTG诱导表达BmGMCβ2融合蛋白,通过His-亲和层析得到纯化的融合蛋白并制备多克隆抗体,为后续研究该蛋白在家蚕生长发育过程中的功能奠定了基础。     

家蚕谷胱甘肽-S-转移酶E4基因的组织表达和序列特征及重组蛋白的酶活性分析

昆虫体内的谷胱甘肽-S-转移酶(GSTs)主要行使对异生或内源有毒物质进行代谢解毒的功能。选择家蚕谷胱甘肽-S-转移酶E4的编码基因Bmgste4为靶标,研究其组织表达谱、序列结构特征及原核表达重组蛋白的酶活性。RT-PCR检测不同组织表达特征的结果显示,Bmgste4基因在家蚕5龄第3天幼虫的头部、触角、下颚须、表皮、脂肪体、丝腺以及雄性个体的马氏管和雌性个体的卵巢中均有表达,而在血细胞、中肠以及雄性个体的精巢和雌性个体的马氏管中不表达。多序列比对结果显示BmGSTE4具有完整和保守的GST二级结构特征,N端氨基酸残基保守,特别是谷胱甘肽结合位点。构建插入Bmgste4基因开放阅读框片段的重组表达质粒p28-Bmgste4,并转化E.coli Rosetta(DE3)感受态细胞进行原核表达后,利用分光光度法测定重组蛋白对通用底物1-氯-2,4-二硝基苯的酶活参数:Km=0.58 mmol/L,Vmax=24.55μmol/(mg.min)。这些结果为进一步研究家蚕体内解毒和抗药性机制以及开发鳞翅目害虫新型生物防治药剂提供了基础信息。     

家蚕异时性基因Bmlin-28的克隆及表达研究

本文通过对其他物种中相关基因的同源比对,首次在家蚕中鉴定了异时性基因Bmlin-28,并对其时空表达模式进行了分析。Bmlin-28在家蚕大造品种5龄3d的卵巢、精巢、血液中特异表达,其中在卵巢中的表达量最高;在3龄前期的表达量要高于3龄后期。     

利用非转座子载体介导的转基因家蚕表达人胰岛素样生长因子Ⅰ

为了实现利用非转座子载体介导的转基因家蚕整体表达人胰岛素样生长因子Ⅰ(hIGF-Ⅰ),将hIGF-Ⅰ基因克隆进非转座子类型的昆虫细胞表达载体pIZT/V5-His,构建转基因载体pIZT/V5-His-hIGF-Ⅰ。利用精子介导法将该转基因载体导入家蚕卵,通过绿色荧光筛选并结合PCR和Dot blotting检测鉴定,表明已成功获得hIGF-Ⅰ转基因家蚕。对培育至G2代的转基因家蚕5龄幼虫蛋白质样品进行Western blotting分析,结果显示hIGF-Ⅰ在转基因家蚕中获得表达,重组hIGF-Ⅰ的分子质量约12.5 kD;ELISA检测hIGF-Ⅰ在G2代转基因家蚕5龄幼虫全蚕以及后部丝腺、脂肪体冻干粉中的质量比分别为65、411、469 ng/g。试验结果再次证实通过非转座子载体pIZT/V5-His介导可以将外源基因导入家蚕基因组,并实现外源基因在转基因家蚕中整体表达。