家蚕JAK/STAT信号通路相关基因克隆与分析

【目的】鉴定家蚕JAK/STAT信号通路组成原件,并预测家蚕JAK/STAT信号通路主要相关基因的功能。【方法】在电子克隆的基础上,通过RT-PCR获得家蚕JAK/STAT信号通路的主要相关基因;利用在线软件对相关蛋白进行结构域分析;基于microarray数据库或qPCR分析各基因的组织表达特征。【结果】克隆了家蚕JAK/STAT信号通路主要相关基因,包括BmSTAT、BmHOP、BmSOCS2、BmSOCS5A、BmSOCS5B、BmSOCS6、BmDRK、Bmken、BmPIAS1、BmPIAS2以及BmPI3K,但没有能克隆到果蝇Upd1、Upd2和Upd3的同源体基因。序列分析显示BmHOP具CRD_FZ、Kringle、转膜区域和PKc超家族蛋白激酶催化结构域TyrKc;BmSTAT有2种亚型,均具SH2、STAT_bind、STAT_int和STAT_alpha结构域;在克隆的BmSOCS家族的3个基因中,BmSOCS2A和BmSOCS6A具典型的SH2和SOCS结构域;BmDRK由SH3和SH2两种结构域形成了SH3-SH2-SH3串联结构;BmKen存在BTB和锌指结构域,BmPIAS1和BmPIAS2具有LCR结构域,BmPI3K具有2个SH2结构域。【结论】成功克隆了家蚕JAK/STAT信号通路主要相关基因。相关蛋白的保守结构域分析显示,在家蚕JAK/STAT信号通路中,BmHOP是JAK激酶的一种,可以磷酸化BmSTAT转录因子,激活靶基因转录;BmSOCS、Bmken、BmPIAS1以及BmPIAS2对JAK/STAT通路起负反馈作用。     

家蚕drk基因的克隆及生物信息学分析

受体下游激酶( downstream of receptor kinases,DRK)是JAK/STAT信号途径的重要组成成员,在信号传导中发挥重要作用.为了研究家蚕的JAK/STAT途径,本研究通过RT - PCR克隆了家蚕的drk基因(Bmdrk)的cDNA,序列测定结果显示:Bmdrk开放读码框为639 bp,编码212个氨基酸残基.结构分析显示:BmDRK由SH3和SH22种结构域形成了SH3 -SH2 -SH3的结构形式.基于SH3 - SH2 -SH3结构域序列的进化分析指出昆虫DRK蛋白序列高度同源,结构与基本功能相似.DRK在进化过程有侧翼1个SH3结构域丢失的事件发生.研究结果为探讨Bmdrk在JAK/STAT信号途径中的作用方式以及drk基因进化提供了新的线索.     

家蚕SOCS-2基因的克隆与序列分析

SOCS基因是JAK/STAT信号通路的负调节基因.为了了解家蚕SOCS基因(BmSOCS)的遗传变异与进化,通过电子克隆获得了SOCS cDNA基因序列,结果显示家蚕基因组中至少存在4种BmSOCS基因,BmSOCS -2基因存在可变剪接.通过RT - PCR从家蚕中扩增得到1个BmSOCS -2基因(BmSOCS - 2A),测序结果表明,该792 bp片段含有完整的ORF,由4个外显子组成,编码263个氨基酸残基,分子量为28.8 ku.结构分析显示,BmSOCS - 2A有5个α螺旋结构,存在典型的SH2结构域和SOCS结构域.基因芯片数据分析显示,BmSOCS -2在家蚕雌雄性腺组织中表达量最高.进化分析表明,SOCS以不同种类聚类在一起,表明各种SOCS基因家族在各昆虫物种形成前就已产生.     

团头鲂TYK2基因的克隆与表达分析

以团头鲂为研究对象,克隆获得络氨酸激酶2(tyrosine kinase 2,TYK2)基因的ORF序列,该序列长3 489 bp,编码1 162 aa。团头鲂TYK2基因包含23个外显子和22个内含子,与大多数脊椎动物的基因结构相似。蛋白质结构域预测结果显示,TYK2包含4个结构域:B41、SH2、TyrKc(假激酶区)和TyrKc(络氨酸激酶区)。氨基酸多序列比对和系统进化分析结果均显示,TYK2在进化过程中非常保守。荧光定量PCR结果显示,在健康成鱼中,TYK2在中肾的表达量最高,其次是血液、脾脏和头肾,在肠道、脑、鳃、心脏、肌肉和肝脏中的表达量较低。感染嗜水气单胞菌后,TYK2在脾脏和肠中有相似的表达模式:在感染后4 h显著降低并达到最小值,在12 h显著上升且达到最大值(P0.05);在中肾中,在24 h极显著上升且到达最大值,在36 h极显著降低并达到最小值。以上研究结果表明,TYK2基因在团头鲂抗嗜水气单胞菌感染的过程中发挥着重要的作用。     

家蚕sirtuin家族基因的鉴定及系统发生与表达芯片分析

【目的】鉴于sirtuin家族基因重要而多样性的功能,从家蚕全基因组中鉴定sirtuin家族基因,并进行基因结构、蛋白结构及其理化性质、基因进化、组织表达芯片分析及在不同组织中的定量表达情况分析,为研究家蚕sirtuin家族基因的功能和推动家蚕模式生物系统化的研究奠定基础。【方法】基于家蚕基因组数据库,通过生物信息学手段,利用比较基因组学方法,鉴定家蚕sirtuin家族成员;开放阅读框（ORF）的预测用ORFfinder进行;使用SIM4进行ORF的内含子和外显子的预测;用GSDS和ExPaSy在线工具分别进行基因结构图和蛋白序列理化性质的预测;用CLUSTAL_X软件进行多序列联配及对其二级结构进行分析,并用ESpript进行二级结构作图;使用SMART在线软件进行蛋白功能域预测;MEGA5.0软件用于系统发生树分析;利用已有的家蚕幼虫5龄第3天的芯片数据进行组织表达分析;利用荧光定量PCR技术检测家蚕sirtuin家族基因在5龄第3天幼虫不同组织中的表达情况。【结果】系统分析鉴定了家蚕中存在的5个sirtuin家族基因（Bmsirt2、Bmsirt4、Bmsirt5、Bmsirt6、Bmsirt7）,共分为4类（I、II、III、IV）。5个基因分布在家蚕5条染色体上,均为单拷贝基因。基因结构分析显示5个基因均为多外显子基因。同源比对和系统进化分析发现家蚕的sirtuin家族基因与类群中其他昆虫的同源基因形成明显的直系同源关系且高度同源,同样不含有sirt3。蛋白结构预测发现家蚕的sirt6与其他物种的sirt6蛋白一样含有两个sir2结构域聚在一起。组织表达芯片分析发现,sirtuin家族基因在多个组织中具有转录活性。荧光定量PCR检测结果显示家蚕的Bmsirt4在脂肪体、丝腺中低表达;Bmsirt5在精巢、中肠中高量表达,在脂肪体、血液、丝腺中低量表达,与芯片数据基本一致。【结论】通过全基因组分析,家蚕共有5个sirtuin家族成员,进化上分为4类,且与其他昆虫高度同源,芯片数据和实时荧光定量 PCR 结果基本一致,分析表明组织表达模式具有多样性。     

IL-11对小鼠骨骼肌发育和能量代谢相关基因mRNA表达的影响

利用IL-11激活Janus蛋白酪氨酸激酶2(JAK2)/信号转导和转录激活子3(STAT3)信号通路,研究该通路对骨骼肌发育和能量代谢相关基因mRNA表达水平的影响。对雄性健康昆明小白鼠用IL-11连续皮下注射15 d,定期测量体质量和体温,小鼠处死后取腿肌提取总RNA,利用RT-PCR检测JAK2/STAT3信号通路关键因子JAK2和STAT3、骨骼肌发育相关基因成肌分化因子(MyoD)和生肌决定因子(Myf5)及能量代谢相关基因肝X受体(LXRα)和解偶联蛋白3(UCP3)mRNA表达。结果显示:处理组小鼠的体质量和腿部肌肉质量显著高于空白对照组(P0.05);两组小鼠体温均维持在正常浮动范围内。与空白对照组相比,处理组小鼠JAK2和STAT3 mRNA表达量上升(P0.05);骨骼肌发育相关基因MyoD和Myf5 mRNA表达量均上升(P0.05);能量代谢相关基因LXRαmRNA表达量不变(P0.05),UCP3 mRNA表达量上升(P0.05)。表明IL-11激活JAK2/STAT3信号通路后可通过提高骨骼肌发育和能量代谢相关基因的mR-NA表达而调节骨骼肌发育和能量代谢。     

烟草WRKY-R1基因的克隆及瞬时表达分析

以烟草根尖组织cDNA为模板,RT-PCR结合电子克隆得到NtWRKY-R1基因的完整ORF,序列分析显示,NtWRKY-R1具有WRKY转录因子家族典型的WRKYGQK保守结构域及C2H2的锌指结构,属于WRKY转录因子家族第Ⅱ类。采用生物信息学方法对NtWRKY-R1蛋白的理化性质、进化关系和磷酸化位点进行预测和分析,结果表明,NtWRKY-R1与茄科植物保守结构域的同源性及系统进化关系最近;磷酸化位点分析显示该蛋白可能通过磷酸化作用修饰,进而对其相应的代谢活动进行调节。通过构建真核表达载体、建立瞬时表达分析体系,结果显示,NtWRKY-R1基因的过表达导致JA信号途径标记基因PDF1.2及烟碱合成关键酶基因PMT1表达量降低,推测NtWRKY-R1基因影响JA信号途径,进而调控烟碱合成。     

AG490对肥胖模型小鼠脂代谢及相关基因表达的影响

【目的】研究AG490阻断肥胖模型小鼠JAK2/STAT3信号通路对脂代谢及相关基因表达的影响。【方法】以雄性昆明小鼠为供试动物,构建肥胖模型。将肥胖模型小鼠分为2组,处理组用JAK2特异性抑制剂AG490(1 mg/(kg.d))腹腔连续注射2周,对照组腹腔连续注射相同剂量的生理盐水。2周后处死小鼠,检测各组小鼠血清中总胆固醇(TC)、总甘油三酯(TG)、高密度脂蛋白固醇(HDL-C)的含量;取脂肪组织提取总RNA,RT-PCR方法检测JAK2/STAT3信号通路基因(JAK2、STAT3)及脂代谢关键基因(FAS、PPARγ、HSL)的表达量。【结果】与对照组相比,AG490可显著降低小鼠血清中的HDL-C水平;与对照组相比,处理组脂肪组织中JAK2 mRNA表达量差异不显著(P>0.05),STAT3 mRNA表达量显著降低(P<0.05),脂代谢相关基因FASmRNA表达量极显著降低(P<0.01),PPARγmRNA表达量显著降低(P<0.05),HSLmRNA表达量差异不显著(P>0.05)。【结论】JAK2/STAT3通路可能通过影响脂肪组织中生脂基因的表达而调节体脂沉积。     

家蚕热休克蛋白基因Bmhsp19.9启动子的活性分析

通过PCR扩增出家蚕(Bombyx mori)热休克蛋白基因Bmhsp19.9启动子的序列,TA克隆后进行序列测定,并构建重组载体进行瞬时表达.结果显示,该基因序列长为1 258 bp,具有典型的热激蛋白启动子的结构特点;序列分析显示,hsp19.9启动子区域可形成潜在的复杂茎环结构,推测其与启动子的功能有关.瞬时表达试验结果显示,hsp19.9的启动子能通过热诱导在家蚕BmN细胞和家蚕组织中驱动红色荧光蛋白报告基因(DsRed)瞬时表达,表明所克隆的hsp19.9启动子序列具有热休克蛋白基因的启动子活性.     

家蚕Bm-mrg15基因的克隆与序列分析

含MRG结构域的基因大多在基因的转录调节中起着重要作用.利用电子克隆,在家蚕中得到了一个含MRG结构域的基因Bm-MRG15,并对其进行了克隆测序和序列分析.该基因cDNA长1 113 bp,有6个外显子,编码区长1 020 bp,序列的1 091 bp处有2个重叠的poly(A)加尾信号.推定的蛋白质编码339个氨基酸,N端含有一个染色质域,序列内有5个保守的结构域.RT-PCR显示该基因在所检测家蚕的各时期和组织中均有表达.     

家蚕醛糖1-表异构酶基因的克隆和序列分析

为研究家蚕半乳糖代谢途径,对家蚕醛糖1-表异构酶基因(aldose 1-epimerase,AEP)进行了克隆和序列分析。结果表明:家蚕基因组中存在单拷贝的醛糖1-表异构酶基因,基因ORF框长度为1017bp,由5个外显子组成,编码由339个氨基酸残基构成的醛糖1-表异构酶蛋白。蛋白序列含有一个aldose 1-epimerase超家族结构域,同源鉴定表明其余果蝇等昆虫的醛糖1-表异构酶具有较高序列一致性。进化分析表明家蚕醛糖1-表异构酶基因较其他昆虫经历了更多的进化选择和事件。本研究为研究家蚕半乳糖代谢提供了一定理论基础。     

家蚕Bm-mrg15基因的克隆与序列分析

含MRG结构域的基因大多在基因的转录调节中起着重要作用.利用电子克隆,在家蚕中得到了一个含MRG结构域的基因Bm-MRG15,并对其进行了克隆测序和序列分析.该基因cDNA长1113bp,有6个外显子,编码区长1020bp,序列的1091bp处有2个重叠的poly（A）加尾信号.推定的蛋白质编码339个氨基酸,N端含有一个染色质域,序列内有5个保守的结构域.RT-PCR显示该基因在所检测家蚕的各时期和组织中均有表达.     

青蛤MAPK/p38基因的克隆及Poly∶Ic胁迫下的表达分析

[目的]克隆青蛤MAPK/p38基因,并分析其在Poly:Ic胁迫下的表达情况。[方法]利用转录组测序获得青蛤MAPK/p38基因的序列信息,采用生物信息学软件分析该基因在近缘生物间的进化关系;利用巢式及荧光定量PCR技术克隆青蛤MAPK/p38基因的结构域序列,并在Poly:Ic胁迫后立即分析该基因在青蛤各组织中的表达情况以及血淋巴中的时序性表达情况。[结果]克隆得到青蛤MAPK/p38基因的结构域序列,分析发现该基因在物种进化中很保守,其在青蛤的血淋巴、肝脏、外套膜、闭壳肌和鳃中均有表达,其中在血淋巴中表达量最高,腮中表达量最低。Poly:Ic胁迫3 h后该基因的表达量达到最大值,与对照组差异极显著(P0.01)。[结论]MAPK/p38基因所表达的产物是青蛤重要的免疫信号通路蛋白。     

家蚕丝氨酸蛋白酶基因BmSPH33对BmNPV诱导的免疫响应

【目的】了解BmSPH33基因在家蚕免疫应答方面的作用。【方法】BmSPH33基因进行生物信息学分析;利用GeneDoc与MEGA 5.0软件对BmSPH33与其它物种SPH33进行多序列比对和系统进化分析;利用半定量RT-PCR对其组织转录情况进行分析; qRT-PCR检测家蚕添食BmNPV后BmSPH33基因的表达情况。【结果】BmSPH33基因ORF全长840 bp,其氨基酸序列长度为279 aa,软件预测无信号肽序列,分子量大小为22.95 kDa,等电点为5.98。氨基酸序列同源性比较发现,BmSPH33与蓓带夜蛾SPH33含有保守的类胰蛋白酶丝氨酸蛋白酶结构域;组织转录情况表明,该基因在家蚕幼虫的中肠组织特异表达。BmSPH33在家蚕感染BmNPV 4 h时转录水平升高,在8、12、24和48 h时均表现为下调,表明BmSPH33的表达受到BmNPV感染的诱导。【结论】BmSPH33在家蚕感染BmNPV后发生响应,推测该基因参与家蚕免疫应答。     

木薯赤霉素途径DELLA蛋白基因克隆及其对干旱胁迫的响应

赤霉素(GA)信号转导途径是通过DELLA抑制蛋白来调控的.笔者利用拟南芥DELLA蛋白基因序列,通过电子克隆方法首次克隆了1个木薯DELLA蛋白基因,长度为1 857 bp,具有完整的蛋白编码框的cDNA序列,命名为MeGAI.生物信息学分析显示,该蛋白具有与拟南芥DELLA蛋白一样的保守结构域,如DELLA结构域、VHYNP结构域、POLY(S/T)结构域、核定位信号、VHVID结构域、亮氨酸结构域、GRAS结构域;该基因在干旱胁迫下的表达模式研究结果表明,该基因在干旱胁迫下是下调表达的;GA生物合成重要基因GA20-氧化酶基因在干旱胁迫下的表达模式研究结果表明,两者在干旱胁迫下的表达模式具有良好的相关性,这说明GA途径可能参与木薯抗旱机制.     

家蚕DNA甲基转移酶功能预测及其在BmNPV感染下的表达特征

【目的】明确家蚕DNA甲基转移酶基因(BmDNMT)生物信息学基本特征及其在家蚕核型多角体病毒(BmNPV)感染前后的表达情况,揭示DNA甲基化在家蚕抗病毒免疫方面的作用机制,为挖掘家蚕抗病毒标志基因和药物靶标蛋白等提供理论依据。【方法】通过OrthoDB、MultiLoc2、SherLoc2、PSORTII、SMART、SWISS-MODEL及Schr?dinger等在线生物信息学分析软件进行BmDNMT蛋白氨基酸同源比对、系统进化分析、亚细胞定位、功能结构域预测、三级结构同源建模及小分子配体对接口袋预测,并采用实时荧光定量PCR分析BmDNMT基因在家蚕感染BmNPV后不同时间不同组织中的时空表达特征。【结果】BmDNMT基因包含BmDNMT1和BmDNMT2,分别位于家蚕8号染色体和11号染色体上,其推导BmDNMT氨基酸序列均与烟草天蛾DNMT氨基酸序列的亲缘关系最近。BmDNMT1蛋白大量存在于细胞核,少量分布在细胞质;而BmDNMT2蛋白大量存在于细胞质,少量分布在细胞核及线粒体。BmDNMT1蛋白的功能结构域多于BmDNMT2蛋白,二者均含有DNA甲基化酶功能结构域,且具有潜在药物结合口袋。BmNPV感染会影响BmDNMT1和BmDNMT2基因在家蚕不同组织中表达差异,BmNPV感染4 h后这2个基因在家蚕中肠的表达差异已非常明显,说明家蚕DNA甲基化可能在病毒感染早期已发生,且中肠可能是最早响应的组织。BmNPV感染后,BmDNMT1和BmDNMT2基因的相对表达量和表达趋势并不一致。【结论】BmDNMT1和BmDNMT2基因的染色体位置、亚细胞定位及功能结构域等存在差异,BmNPV感染后二者在家蚕不同组组织中的相对表达量和表达趋势也不一致,推测BmDNMT1和BmDNMT2基因在家蚕DNA甲基化过程中行使不同的功能。BmDNMT1和BmDNMT2蛋白三维结构具有潜在的药物结合口袋,可能是直接影响DNA甲基化状态的药物靶标。     

家蚕糖转运蛋白BmST5基因的克隆与转录活性检测

根据GenBank已登陆的糖转运蛋白序列与家蚕基因组框架图和EST序列,获得家蚕同源糖转运蛋白基因BmST5。基因编码区长1 527 bp,编码508个氨基酸,预测蛋白分子质量为55.67 kD。序列分析结果显示,该基因有典型的Sugar_tr结构域和12个疏水的跨膜结构域,与体虱等同源蛋白的一致性在50%以上。RT-PCR结果表明,该基因仅在家蚕的马氏管、生殖腺和头中有表达,在中肠、丝腺、血液、体壁和脂肪体中不表达。     

野桑蚕scalloped同源基因的克隆和序列分析

Hippo通路与昆虫的生长、发育和变态等过程密切相关,在动物不同物种之间高度保守。scalloped基因是Hippo通路元件Yki的偶联因子之一,参与调控基因的表达。克隆了野桑蚕(Bombyx mandarina)scalloped基因的完整开放阅读框(ORF)及其上下游的部分非编码序列。序列联配分析表明,与家蚕相比,野桑蚕scalloped基因序列存在多处的核酸片段缺失、插入及位点差异。结构域分析表明,野桑蚕Scalloped蛋白与家蚕、黑腹果蝇、小鼠和人的蛋白结构类似,均含有完整的TEAD蛋白家族典型TEA结构域和PDB结构域,但野桑蚕编码蛋白缺失蛋白C末端序列。系统发生树分析表明,昆虫Scalloped蛋白与脊椎动物TEF3可能存在共同的起源;家蚕Scalloped在进化中出现晚于野桑蚕且经历较多遗传选择过程。     

家蚕一种hAT家族转座酶基因的分析

[目的]对家蚕中一个潜在的hAT家族转座酶编码基因BmhAT进行分析.[方法]通过生物信息学方法,分析BmhAT转座酶的结构域及序列同源性.采用Real-time PCR方法,对BmhAT在野蚕及家蚕不同品种中的拷贝数进行分析以及在mRNA水平上测定BmhAT在家蚕不同组织中的相对表达量.[结果]BmhAT与许多hAT家族转座酶在序列上有很高的同源性,并具有hAT家族转座酶的保守结构域;BmhAT在家蚕基因组中存在约3-6个拷贝;在家蚕后部丝腺和脂肪体中的表达量分别是参照基因actin 3的0.4倍和0.6倍.[结论]BmhAT可能是家蚕中一个有活性的转座酶基因,编码家蚕一种新的hAT家族转座酶.     

梨全基因组生长素反应因子（ARF）基因家族鉴定及表达分析

【目的】明确梨ARF转录因子在梨基因组中的数量、结构和组织表达差异,为揭示ARF转录因子在梨树生长素信号途径及在矮生梨生长发育中的作用奠定理论基础。【方法】根据文献报道的苹果、拟南芥等植物中的ARF转录因子基因,利用BLAST软件鉴定梨基因组中的ARF。采用SMART、PROSITE、WebLogo 3、DNAMAN 5.0、MEME、GSDS 2.0和MEGA 5.1等软件对其蛋白和基因序列进行生物信息学分析。采用qPCR方法检测梨ARF在矮生梨‘中矮1号’不同组织器官及3个不同生长势梨品种木质部和韧皮部中的表达情况。【结果】鉴定得到31个梨ARF,所有PbARF蛋白均含有1个Auxin_resp结构域和1个B3结构域,除PbARF11、12、24、25和26外,其他序列的C末端还存在一个PB1（AUX_IAA）结构域。保守元件分析表明,PbARF基因家族包含15个保守元件,并非每个蛋白均含有所有保守元件。分组鉴定和进化树分析结果显示,PbARF蛋白可以被分为4组。基因结构分析表明,PbARF基因家族成员由2-15个外显子组成,基因结构进化高度保守。qPCR结果显示,所有PbARF在‘中矮1号’根、韧皮部、木质部、叶、花和果实中均有表达,表达模式各有不同,PbARF29在3个梨品种韧皮部中的表达表现出植株越矮表达量越高的趋势,PbARF16、17、18、27等4个基因在3个梨品种木质部中的表达表现为植株越矮表达量越低的趋势。【结论】梨基因组中含有31个ARF基因家族成员;所有PbARF蛋白均含有Auxin_resp和B3两个高度保守的结构域;PbARF结构进化高度保守;所有PbARF在‘中矮1号’不同组织器官、基砧杜梨根系及3个梨品种的木质部和韧皮部中均有表达,其中,PbARF29、16、17、18、27等5个基因的表达可能与梨树植株的高矮有关。