家蚕中肠特异启动子BmAPN的克隆及活性分析

【目的】克隆和鉴定1个家蚕中肠特异启动子,为研究家蚕的免疫应答和应用研究提供新的工具。【方法】从家蚕品种大造中提取基因组总DNA,用PCR方法克隆家蚕中肠特异表达基因BmAPN（GenBank登录号：BAA33715.1）的上游调控序列。利用此序列构建以EGFP为报告基因的转基因表达载体pBac[BmAPN-EGFP-SV40,3×P3-DsRed],通过显微注射获得转基因家蚕,在个体水平上检测启动子的活性。【结果】所克隆的BmAPN启动子长度为1 598 bp,其驱动的EGFP仅在转基因家蚕中肠特异表达,与内源基因BmAPN的表达特征一致。该启动子在家蚕幼虫时期活性相对较高,且在起蚕期的活性要明显高于眠蚕期,推测该启动子中的特异元件受激素调控。【结论】经克隆获得的BmAPN启动子为有活性的启动子,且为家蚕中肠特异启动子。     

《40个基因组完全重测序揭示蚕的驯化事件及其相关基因》在线支撑材料

1材料与方法 1．1样品收集 为了囊括全世界实验室所保存的主要的蚕系统,我们收集了各种的地理区域的品系,如中国、日本、欧洲和热带地区（主要是东南亚：印度,柬埔寨和老挝）,和突变系统。列于表S1的29个家蚕品系来自中国西南大学蚕学与系统生物学研究所。     

家蚕（Bombyxmori）全基因组框架图

我们在此报告了家蚕（Bombyxmori）的基因组序列框架图,它覆盖了所有已知家蚕基因的90．9％。我们估计的基因数是18510,超过黑腹果蝇报道的13379个基因。我们将家蚕基因组与果蝇、蚊子、蜘蛛和蝴蝶等进行了比较分析,揭示了它们在基因组成上同时具有相似性和差异性。     

烤烟烘烤中细菌群落结构的多样性分析

为了研究烤烟烘烤过程中细菌群落结构的多样性,以云烟87为材料,采用Miseq高通量测序技术,分析了不同烤房烘烤过程中细菌群落的结构及其变化.结果表明,A,B,C 3个烤房的OTU(Operational Taxonomic Units)大部分都是共有,B烤房独有OTU较少,C烤房独有OTU较多.通过分析各样本中细菌群落组成的相似性和差异性发现,芽孢杆菌(Bacillus)为3个烤房的优势菌群.部分细菌在烘烤前后期物种群落结构差异较大,如马赛菌属(Massilia)、根瘤菌属(Rhizobium)、寡养单胞菌属(Stenotrophomonas)、鞘氨醇单胞菌属(Sphingomonas)等.进一步主成分分析显示,烘烤前期和后期样本有比较明显的不同,细菌组成差异较大.该结果为进一步针对性地利用这些优势细菌以提高烘烤烟叶质量奠定了基础.     

家蚕类钙粘蛋白BtR-175基因敲除突变体创制和抗性检测

家蚕类钙粘蛋白BtR-175不仅是苏云金芽孢杆菌(Bacillus thuringiensis)晶体毒素蛋白的受体蛋白,也是黑胸败血芽孢杆菌(Bacillus bombysepticus)晶体毒素蛋白的受体分子。为建立对黑胸败血芽孢杆菌具有抵抗能力的家蚕品系,采用CRISPR/Cas9介导的基因组编辑技术,设计引导RNA(gRNA)对家蚕BtR-175基因进行精确定点编辑,对蚕卵显微注射重组质粒pU C57-hA 4-Cas9和T-U6-BtR-175后,筛选获得2个碱基插入导致蛋白质翻译提前终止的BtR-175基因敲除突变体,命名为ΔBtR-175。4龄起蚕经口添食黑胸败血芽孢杆菌,结果ΔBtR-175突变体家蚕的死亡率为34.4%±5.8%,野生型家蚕的死亡率为57.8%±8.4%,表明ΔBtR-175对黑胸败血芽孢杆菌的侵染抵抗性显著提高。饲养试验显示ΔBtR-175突变体和野生型家蚕的茧层量没有显著性差异。该突变体有望进一步培育为家蚕抗性育种素材。     

家蚕模式识别受体PGRP、βGRP编码基因的克隆鉴定及表达谱分析

模式识别受体(PRR)是生物体先天免疫系统中免疫受体的代表,对生物体的生存极为重要。克隆鉴定了家蚕的14个模式识别受体编码基因,包括10个肽聚糖识别蛋白(PGRP)基因和4个β-葡聚糖识别蛋白(βGRP)基因,并得到了BmPGRP-S3、BmPGRP-S4和BmPGRP-L5的完整编码序列。家蚕PGRP的长型和短型亚家族都具有典型的酰胺酶活性结构域,短型亚家族具有信号肽,长型亚家族则没有信号肽。5个PGRP长型亚家族基因成簇分布于第1号染色体;5个PGRP短型亚家族基因中有2个分布于第9号染色体,有3个分布于第16号染色体。家蚕βGRP家族成员都具有信号肽,其中BmβGRP1-3成簇分布于第11号染色体,编码蛋白不具有典型的葡聚糖结合结构域;BmβGRP4独立分布于第22号染色体,编码蛋白具有典型的葡聚糖结合结构域。基因芯片数据分析表明,BmPGRP-L5和BmβGRP1在5龄第3天幼虫各组织中没有表达,其余12个模式识别受体基因为多组织表达,但在丝腺组织中均无表达。在这12个模式识别受体基因中,BmPGRP-L3等6个模式识别受体基因在中肠组织中的表达水平偏高;BmβGRP3、BmβGRP4和BmPGRP-L3、BmPGRP-L4等在家蚕生殖腺中的表达水平较高。在生殖腺以外的其他各组织中,这12个基因的表达不具有雌雄差异性。BmβGRP1在家蚕各发育时期没有表达,BmPGRP-L5主要在变态发育的转折期表达,其余12个模式识别受体基因在各发育时期均有表达,并从5龄第3天幼虫到上蔟第2天有较高水平的表达,雌雄个体间无表达差异性。由此说明这些模式识别受体基因的表达具有一定的组织性和发育时期性。给人工饲料无菌饲养的家蚕5龄第3天幼虫分别添食大肠杆菌、家蚕黑胸败血菌和家蚕白僵菌,对免疫诱导3、6、12和24h的家蚕进行个体水平的实时荧光定量PCR检测,发现PGRP长型亚家族基因BmPGRP-L1、BmPGRP-L3和短型亚家族基因BmPGRP-S1-3均能被这3种微生物诱导上调表达;βGRP基因家族中的BmβGRP3、BmβGRP4也能被3种微生物诱导上调表达。同时对诱导12h时家蚕各组织中14个家蚕模式识别受体基因的表达谱进行分析,结果显示经3种微生物分别诱导后,家蚕头部组织中BmβGRP2、BmβGRP4、BmPGRP-L2和BmPGRP-S1、BmPGRP-S3-5均上调表达;表皮、中肠和脂肪体中仅有BmβGRP3、BmPGRP-L4等少数模式识别受体基因上调表达。     

家蚕模式识别受体βGRP4的序列分析及诱导表达

β-葡聚糖识别蛋白(βGRP)属于模式识别受体(PRR),很多无脊椎动物的βGRP具有结合β-1,3-葡聚糖的能力,在识别入侵病原物和激活免疫调控途径中起着重要作用。对克隆的家蚕βGRP4(BmβGRP4,GenBank登录号为:GQ372969)及编码蛋白进行序列分析和诱导表达,探讨其参与免疫应答的作用方式。BmβGRP4的开放阅读框(ORF)长1 128 bp,编码375个氨基酸,具有一个由17个氨基酸组成的信号肽,预测成熟体蛋白分子质量为40.3 kD,等电点为6.5。BmβGRP4含有一个糖苷水解酶活性结构域(Glyco_hydro_16),具有结合β-1,3-葡聚糖的能力。将BmβGRP4亚克隆到p28载体进行原核表达,获得带有His标签的重组蛋白。给家蚕5龄第3天幼虫分别以1×109个/头的剂量添食大肠杆菌、家蚕黑胸败血菌和家蚕白僵菌,对免疫诱导18 h后家蚕体内的BmβGRP4表达水平进行Western blotting分析,结果表明BmβGRP4能被上述3种微生物诱导而产生较强的表达活性。研究结果提示BmβGRP4可能在家蚕先天免疫应答反应中通过识别病原微生物表面的相关分子模式而发挥作用。     

家蚕尿酸氧化酶基因BmUo的克隆及其序列分析与原核表达

尿酸氧化酶(urate oxidase;EC1.7.3.3)能够降解尿酸形成尿囊素,在嘌呤代谢途径中起到至关重要的作用。用生物信息学方法在家蚕基因组数据库中进行同源性检索,获得一条可能的家蚕尿酸氧化酶序列,根据预测序列设计引物及克隆、测序验证,已成功地克隆到家蚕尿酸氧化酶基因BmUo的完整ORF。克隆的cDNA(GenBank登录号:DQ189992)全长1088bp,ORF长1014bp,编码337个氨基酸残基,预测分子质量为38.18kD,等电点为6.90。通过半定量RT-PCR检测了该基因在各组织的表达情况,发现该基因的mRNA在5龄第3天的家蚕的脂肪体和马氏管中有表达。该基因在氨基酸水平上与果蝇、按蚊尿酸氧化酶的相似性分别为45.6%和51%,在第91个氨基酸残基处具有Asn-Ser-X-Val/Ile-Val/Ile-Ala/Pro-Thr-Asp-Ser/Thr-X-Lys-Asn的高度保守序列,这一序列在真核生物和原核生物中均广泛存在,可能与尿酸氧化酶的酶活性有关。家蚕尿酸氧化酶与其他38个物种尿酸氧化酶的聚类分析发现,尿酸氧化酶基因在昆虫、真菌、双子叶植物和哺乳动物这一层面上是相对保守的。将BmUo基因片段与pET-28a连接,构建原核表达载体pET-28a/uo,重组载体转化大肠杆菌BL21后,在37℃的培养条件下可检测到与理论分子质量相符的蛋白条带。     

体会

在蚕桑重点实验室老师们的精心策划,学校领导的大力支持下,短短的半年左右的时间,我们学校与中国科学院华大基因组研究中心(简称华大)合作绘制完成了世界上第一张家蚕基因组框架图.     

40个基因组完全重测序揭示蚕的驯化事件及其相关基因

我国家蚕基因组研究再获重大突破,研究成果再登《science》杂志,影响广泛。本刊特设专栏刊发该论文中文译文以及相关评述,以满足广大读者的需求。