家蚕微孢子虫的生物学研究进展

<正> 家蚕微粒子病是由家蚕微孢子虫通过食下传染和胚种传染引起的。对蚕业生产影响很大,甚至带来毁灭性破坏。所以1986年国家农牧渔业部动物植物检疫所把家蚕微粒子病列入《动物检疫》目录。为防治该病。人们对其进行了大量的研究。尤其近年来随着分子生物学和生物化学的迅猛发展,家蚕微孢子虫的分子生物学研究也在不断深入。本文综述了近些年关于微孢子虫分子生物学方面的研究进展。     

家蚕微孢子虫全基因组分析支持微孢子虫与真菌的亲缘关系

微孢子虫(microsporidia)是一类细胞内专性寄生的单细胞真核生物,虽然分子生物学的研究证据表明其与真菌(fun-gi)存在亲缘关系,但这些证据均是基于单个或少数几个基因构建系统进化树而得出的。利用家蚕微孢子虫全基因组数据,采用基于基因同源性的Darkhorse基因组统计方法,鉴定家蚕微孢子虫基因组中每个基因的来源谱系,并通过全基因组谱系可能性指数(lineage probability index,LPI)分析微孢子虫与其他物种的亲缘关系。结果表明家蚕微孢子虫与其他微孢子虫的LPI加权平均值为0.93,具有最近的亲缘关系,与真菌界的LPI加权平均值为0.65,与原生生物界的LPI加权平均值为0.38。由此证明微孢子虫与真菌存在着更近的亲缘关系,微孢子虫门属于真菌界而非原生生物界。     

家蚕微孢子虫(Nosema bombycis)与其它微孢子虫及真菌的进化关系

综述了应用分子生物学和生物信息学对家蚕微孢子虫系统发育的研究进展,以及多菌灵等苯并咪唑类杀真菌剂对微孢子虫和真菌的抑制作用,认为研究家蚕微孢子虫和真菌的进化关系对家蚕微粒子病的控制技术研究具有重要参考价值。     

对广西家蚕母蛾微粒子病检疫中的异型微孢子研究

本文调查了广西蚕种生产母蛾微粒子病检疫中异型微孢子虫发生情况,研究异型微孢子虫主要种类、形态以及调查一些异型微孢子虫对家蚕的食下传染力和胚种传染力等,探讨异型微孢子虫对广西家蚕微粒子病检疫和病害管理工作的影响程度。     

广西家蚕微粒子病流行规律分析

家蚕微粒子病是一种危害性很强的蚕病。根据家蚕微粒子病具有胚种传染和食下传染两种传染方式特点,采用数理统计方法对检验数据进行详细分析研究,探索广西家蚕微粒子病发生原因和流行规律。结果显示,通过严格执行现行检疫技术标准,在蚕种生产中基本能控制家蚕微粒子病胚种传染危害。调查发现养蚕环境中微孢子虫污染严重,对应蚕生产蚕种的母蛾微粒子病发生率高,两者存在显著相关性,由此证明养蚕环境中微孢子虫污染严重造成的家蚕食下传染是家蚕微粒子病发生的重要原因;在蚕种生产中,气象因素对家蚕微粒子病发生也有影响。气温影响最为重要,降雨、日照起到辅助效果;建立两种基于蚕种微粒子病发生与环境微孢子虫分布关系以及与气象因子关系的数学模型,对家蚕微粒子病发生进行预测预报,为蚕种生产防控家蚕微粒子病提供依据。     

家蚕微孢子虫的一个Dicer相似蛋白基因的鉴定及系统进化和转录活性分析

Dicer是一种具有RNaseⅢ酶活性的蛋白质,参与RNAi起始阶段siRNA和miRNA的形成,为RNA诱导沉默复合物(RISC)形成的关键因子之一,在基因的转录后调控中扮演重要角色。采用生物信息学方法从家蚕微孢子虫(Nosema bombycis)全基因组数据中鉴定到一个Dicer相似蛋白(Dicer-like)基因,命名为Nb DCL(Gen Bank登录号:EOB15391)。预测Nb DCL的二级结构中含有RNaseⅢ结构域和dsRNA结合结构域。基于Dicer-like基因的系统进化分析显示,家蚕微孢子虫与柞蚕微孢子虫(Nosema pernyi)的亲缘关系最近,并与真菌形成姊妹枝,说明微孢子虫Dicer-like与真菌的同源基因来自共同的祖先。基因组共线性分析显示,Dicer-like基因及其两侧基因在微孢子虫基因组中的排列顺序具有显著的保守性,但兔脑炎微孢子虫(Encephalitozoon cuniculi)和比氏肠道微孢子虫(Enterocytozoon bieneusi)基因组中的Dicer-like基因在物种分化过程中发生了丢失。对Dicer-like基因和Agronaute相似蛋白基因、转座子的共存分析表明,家蚕微孢子虫等Nosema属微孢子虫均保留了古老的RNAi作用机制。RT-PCR检测被家蚕微孢子虫感染48~240 h的家蚕幼虫中肠中Nb DCL基因均有转录。研究结果为进一步探究家蚕微孢子虫RNAi的调控机制提供了有益线索。     

山东省病原性家蚕微孢子虫的初步研究

从山东省境内家蚕成虫体内分离到 4种病原性家蚕微孢子虫 ,与N .b比较研究结果表明 ,4种微孢子虫的大小、形态、极丝圈数及倾斜角与N .b相比均存在差异 ,但血清学反应及在蚕体内的发育过程与N .b相同。初步认为该 4种病原性微孢子虫为N .b的同属微孢子虫。这 4种微孢子虫对家蚕具有极强的食下感染率和胚种传染力。     

广西野外昆虫微孢子虫对家蚕交叉感染情况调查

为了了解广西野外昆虫微孢子虫对家蚕交叉感染情况,开展了对野外昆虫感染微孢子虫情况调查,并研究其对家蚕的感染性。调查了桑螟、桑尺蠖、菜粉蝶、斜纹夜蛾和桑毛虫等昆虫的微粒子病自然感染率,测试菜粉蝶、桑尺蠖、斜纹夜蛾微孢子虫对家蚕的病原性及可能存在的自然感染方式,观察野外昆虫微孢子虫孢子的形态差异。结果表明:菜粉蝶、桑尺蠖微孢子虫对家蚕蚁蚕的半数感染浓度(IC50)分别为2.69×105个/mL和7.42×105个/mL,斜纹夜蛾微孢子虫对家蚕也具有食下感染能力,菜粉蝶微孢子虫对家蚕也有轻微的胚种传染能力。带病野外昆虫可以通过粪便或鳞毛传播孢子虫。虽然上述野外昆虫微孢子虫的形态与家蚕微粒子孢子虫具有明显差异,但对家蚕都有较强的交叉感染性。     

切根虫夜蛾亚科的一种昆虫微孢子虫的研究

从切根虫夜蛾亚科的一种昆虫中分离到能感染家蚕的微孢子虫 (MA) ,研究发现该微孢子虫的形态、大小、对家蚕的致病性、寄生部位、传染方式及超微结构等方面的特征与家蚕微孢子虫 (Nosemabombycis,简称N .b)相似 ,表明MA和N .b具有密切的亲缘关系     

家蚕微孢子虫表面蛋白NBO_33g0013的序列特征及亚细胞定位与功能分析

选择家蚕微孢子虫(Nosema bombycis)表面蛋白质谱数据库中新发现的假定表面蛋白NBO_33g0013进行研究,了解该蛋白质的功能及是否参与微孢子虫对宿主细胞的侵染过程。预测该蛋白质分子质量为26.1 k D,等电点为4.59,其序列N端具有信号肽,无跨膜螺旋结构,含3个N-糖基化位点,无O-糖基化位点,不具有典型的功能结构域,与柑橘凤蝶微孢子虫(Papilio xuthus)的一个假定蛋白序列相似度达到93%。以家蚕微孢子虫CQ1分离株的基因组DNA为模板克隆该蛋白质的编码基因,构建重组表达载体进行该蛋白质的原核表达,并制备获得多克隆抗体,通过间接免疫荧光分析确证该蛋白质定位在家蚕微孢子虫孢子表面。经体外细胞感染实验初步分析,尚未发现该蛋白质参与了微孢子虫孢子对宿主Bm E细胞的粘附过程,推测该蛋白质可能为家蚕微孢子虫孢壁的结构组成型蛋白质,在孢壁的构架形成中发挥作用。     

梨花迁粉蝶微孢子虫对家蚕的感染性及胚种传染性研究

通过人工添食的方法,用不同保存条件下的梨花迁粉蝶微孢子虫感染家蚕4龄起蚕,以确定梨花迁粉蝶微孢子虫对家蚕的感染性、胚种传染性以及食下感染率、胚种传染率的差异。试验结果表明,梨花迁粉蝶微孢子虫对家蚕具有很强的感染性和胚种传染性。以梨花迁粉蝶体中新鲜微孢子虫的食下感染率最高,为89.2%;以蛾体形式保存在4℃冰箱中半年的微孢子虫食下感染率次之,为84.8%;以蛾体形式保存在自然环境中半年的微孢子虫食下感染率较低,为13.3%;以微孢子虫水溶液形态保存于4℃冰箱中半年的食下感染率最低,为3.4%。家蚕转青卵检验胚种传染率,以梨花迁粉蝶体中新鲜微孢子虫的最高,为25.3%;4℃冰箱中存放半年的梨花迁粉蝶体中微孢子虫的次之,为19.3%;自然环境中存放半年梨花迁粉蝶体中微孢子虫的较低,为18.7%;以微孢子虫水溶液形态保存于4℃冰箱中半年梨花迁粉蝶微孢子虫的最低,为11.3%。     

家蚕微孢子虫半胱氨酸脱硫酶基因的克隆及表达和亚细胞定位

半胱氨酸脱硫酶是一类活性依赖于磷酸吡哆醛的酶类,可催化L-半胱氨酸转化为L-丙氨酸和硫烷硫原子,为铁硫簇组装提供硫原子。基于家蚕微孢子虫基因组数据,克隆了家蚕微孢子虫半胱氨酸脱硫酶(NbNfs)基因。序列结构分析显示NbNfs含有其活性所需的保守氨基酸位点,但不具有线粒体型N端导肽;系统发育分析表明微孢子虫半胱氨酸脱硫酶与真菌线粒体型半胱氨酸脱硫酶聚为一类,属于类群Ⅰ,起源于α-变形细菌;共线性分析表明半胱氨酸脱硫酶基因在不同微孢子虫之间其基因座位保守,具有共线性。构建重组质粒pET30a(+)-NbNfs,并转化到E.coli Rosetta(DE3),经IPTG诱导表达NbNfs融合蛋白,用Ni-NTA亲和层析柱进行纯化后,将融合蛋白免疫昆明小鼠制备多克隆抗体,Western blotting检测NbNfs在成熟家蚕微孢子虫具有表达。胶体金免疫定位显示NbNfs主要定位于成熟家蚕微孢子虫的细胞质中。研究结果为家蚕微孢子虫铁硫簇组装途径的研究奠定了基础。     

两种微孢子虫孢子表面蛋白及对家蚕侵染性的比较研究

对来自家蚕的内网虫属样微孢子虫和家蚕微孢子虫的形态、表面蛋白及侵染性进行了比较研究。内网虫属样微孢子虫孢子显著小于家蚕微孢子虫 ,孢囊中孢子数为 8～ 32个 ,只侵染中肠组织 ,对家蚕无胚胎传染性。SDS UreaPAGE和 2D PAGE图谱显示两种孢子表面蛋白有明显差异。在SDS UreaPAGE中 ,内网虫属样微孢子虫的主要表面蛋白为 2 2kD ,而家蚕微孢子虫为 4 5kD。 2D PAGE显示 ,当上样量为 12 0 μg时 ,内网虫属样微孢子虫孢子表面蛋白斑点有 330多个 ,而家蚕微孢子虫孢子只有 16 0多个 ,其中仅有 10多个相同或疑似蛋白点。家蚕微孢子虫的主要表面蛋白点约有 2 0个 ,以中性偏酸的小分子居多 (<18kD ,pI 5 .4～ 7.2 ) ;内网虫属样微孢子虫有 30多个 ,分布较分散。根据两种孢子都能感染家蚕的特点 ,认为相同或疑似蛋白与是否能够感染有关 ,而大量差异蛋白与对家蚕的感染程度有关。两孢子表面蛋白中的主要蛋白均为差异蛋白 ,可能是孢子表面的结构蛋白。     

家蚕微孢子虫假定层粘连蛋白基因NbHLAMB4的克隆和序列分析及互作蛋白质筛选

层粘连蛋白是重要的细胞外基质成分之一,在基膜的构建及细胞的黏附等方面都有重要作用。通过检索微孢子虫数据库发现家蚕微孢子虫(Nosema bombycis)存在假定层粘连蛋白基因Nb HLAMB4,根据该基因序列设计引物,以家蚕微孢子虫基因组DNA为模板克隆了Nb HLAMB4基因。该基因的开放阅读框(ORF)全长为1 104 bp,预测编码的蛋白质含有367个氨基酸,分子质量为43.74 k D,等电点为5.72。Nb HLAMB4蛋白序列含有一个N-糖基化位点和Pfam:SAS-6_N结构域,无信号肽,也无跨膜结构域。应用酵母双杂交技术,以Nb HLAMB4作为诱饵蛋白,通过筛选家蚕中肠c DNA文库,初步得到3个与Nb HLAMB4互作的候选蛋白质,分别是家蚕热休克蛋白(Hsp40)、锌指蛋白420类似物(similar to zinc finger protein 420)、氨肽酶N(aminopeptidase N)。研究结果为阐明家蚕微孢子虫的侵染机制提供了新的线索。     

家蚕微孢子虫6-磷酸葡萄糖酸脱氢酶基因Nb6PGDH的克隆及表达特征分析

6-磷酸葡萄糖酸脱氢酶(6-phosphogluconate dehydrogenase,6PGDH)是戊糖磷酸途径的限速酶,参与生物体内递氢体NADPH的产生。通过检索微孢子虫数据库获得家蚕微孢子虫6PGDH基因序列,以家蚕微孢子虫镇江株基因组为模板,设计特异性引物成功克隆了该基因,命名为Nb6PGDH,并对该基因进行序列特征和表达特征分析,为了解6PGDH基因在微孢子虫生长发育过程中的功能提供有用信息。克隆得到的序列全长1 374 bp,包含一个完整的ORF,编码457个氨基酸;与Gen Bank数据库中家蚕微孢子虫6PGDH基因长度相同,相似度为99. 42%,其中8个碱基存在差异,编码的3个氨基酸发生改变。生物信息学分析表明Nb6PGDH蛋白没有信号肽,无跨膜结构域,分子质量为51. 8 k D,等电点5. 83,存在38个磷酸化位点和2个N-糖基化位点。实时荧光定量PCR分析结果表明,家蚕微孢子虫感染家蚕后2~168 h,中肠组织中Nb6PGDH基因都有所表达,且表达水平在生长发育过程中发生变化,说明Nb6PGDH基因在家蚕微孢子虫增殖发育过程中具有一定的生理功能。     

广东省昆虫微孢子虫资源调查及交叉感染的研究

为了探明广东省蚕区的家蚕新型微孢子虫来源 ,开展了昆虫微孢子虫资源的调查及昆虫间微孢子虫交叉感染的研究。先后从广东省蚕区家蚕体内分离到 8种新型微孢子虫 ,与家蚕传统微粒子病病原Nosemabombycis相比 ,不论是生物学特性以及对家蚕的病原性等方面均存在明显差异。对广东省不同地区捕捉的 389种昆虫进行显微镜调查 ,从 5 1种昆虫体中检到微孢子虫 ,其中 ,2 8种昆虫分离的微孢子虫可食下感染家蚕 ,18种对家蚕具胚种传染能力。调查了 9种昆虫分离的微孢子虫对 5种昆虫的病原性 ,也见明显的交叉感染现象     

家蚕微孢子虫表面抗原蛋白对家蚕致病性的影响

家蚕微粒子病是由家蚕微孢子虫通过食下传染和胚种传染引起的,对蚕业生产影响很大,历来是蚕种的检疫对象,为此对家蚕微孢子虫的研究一直是一个重要课题。除Ｐａｓｔｅｕｒ(1870)提出的母蛾检验外,相继出现了双向免疫扩散法,凝集法,荧光抗体法,酶联免疫吸附法,酶标抗体法,免疫过氧化物酶染色法及单克隆抗体法等方法[1],这些方法各有特色。但基本上都是以识别检测微孢子虫的表面抗原蛋白为基础。河原勇[2]根据微孢子虫表面抗原蛋白的不同将家蚕Ｎｏｓｅｍａ属分为3种类型,即Ｂｏｍｂｙｃｉｓ型、Ｍ11型、Ｍ12型。本文以家蚕微孢子虫的表面抗…     

家蚕微孢子虫水通道蛋白基因NbAQP的克隆及表达特征分析

水通道蛋白(aquaporin,AQP)是在动物、植物、微生物细胞膜上发现的能够高选择性透过水分的一类通道蛋白。通过克隆家蚕微孢子虫(Nosema bombycis,Nb)的AQP基因,并分析其表达特征,为研究AQP在Nb孢子侵染宿主细胞时调节孢子内渗透压的作用积累基础信息。依据从Microsporidia DB和MIPModDB数据库比对获得的序列设计引物,以家蚕微孢子虫基因组DNA为模板克隆了NbAQP基因,该基因大小为750 bp,编码蛋白质分子质量为26.66 k D,具有MIP超家族水通道蛋白的保守跨膜结构域。用半定量RT-PCR和实时荧光定量PCR的方法,在Nb孢子感染宿主家蚕的7 d内,家蚕中肠组织中都能检测到NbAQP基因的表达,自感染后2 d开始,NbAQP基因的表达水平开始明显上升,直至感染后7 d达到最高水平。NbAQP基因的高水平表达时相与家蚕添食Nb孢子后中肠组织中成熟Nb孢子大量出现的时间相一致,初步推测NbAQP可能在家蚕微孢子虫成熟孢子发芽时的孢子内渗透压调节中起到重要作用。     

一株家蚕病原性微孢子虫的生物学特性与分子系统发育分析

从家蚕体内分离得到一株新的病原性微孢子虫,编号为GXM1。光学显微镜下观察GXM1微孢子虫为长卵圆形,大小(1.85±0.15)μm×(4.19±0.18)μm,在生活史的各发育阶段均为双核,以二分裂方式增殖,发育速度缓慢,发育周期约8～10 d。GXM1微孢子虫与家蚕微孢子虫(Nb)的抗血清产生阳性凝聚反应。利用透射电子显微镜观察到GXM1微孢子虫的超微结构具双核,极丝11～12圈,极丝倾斜角约45°。以上生物学性状显示GXM1微孢子虫具有微孢子虫属(Nosema)的基本分类特征。依据GXM1微孢子虫与其它昆虫微孢子虫的SSU rRNA基因序列构建的系统发育树,以及序列相似性和遗传距离分析,进一步证实GXM1微孢子虫属于Nosema属。GXM1微孢子虫对蚁蚕的半数感染浓度(IC50)为6.06×105mL-1,对家蚕的胚种传染率可达23.28%,是一株具有较强致病性和危害性的家蚕病原性微孢子虫。     

玉米微孢子虫超微结构的观察与系统发育分析

玉米螟微孢子虫作为玉米螟田间种群自然控制因子之一,能否交叉感染家蚕,其与家蚕微孢子虫的血缘关系值得探究。通过对实验室搜集的家蚕微孢子虫和玉米微孢子虫进行了电镜水平的超微结构观察和分析,进而对它们的16S r DNA基因进行了PCR扩增、测序和系统发育分析,结果显示玉米微孢子虫与家蚕微孢子虫均属Nosema属,分别落在不同进化枝上的种,这可能暗示了玉米螟微孢子虫不能直接感染家蚕的部分缘由。