家蚕SoxE基因的全长cDNA克隆和表达谱分析

Sox基因家族是在动物中发现的一类重要的转录调控因子。基于生物信息学和RACE策略,从家蚕胚胎中克隆了一个与果蝇E族Sox基因成员同源的基因的全长cDNA,命名为BmSoxE(GenBank登录号:HQ728280)。BmSoxE的cDNA序列全长为1 398 bp,编码222个氨基酸。生物信息学分析显示,BmSoxE蛋白序列含有典型的HMG-box结构域和数个磷酸化位点。组织表达谱分析发现,BmSoxE基因在家蚕生殖腺中高量表达;时期表达谱分析表明,从家蚕的幼虫期一直到成虫期,Bm-SoxE基因的表达维持在较高水平,暗示BmSoxE基因在家蚕性别决定和分化中可能发挥了调控作用。     

家蚕胚胎发育相关基因的分析(英文)

在家蚕基因组中检索分析了与果蝇86个胚胎发育相关基因同源的基因。分析结果表明,在果蝇的这86个基因中,有62(72%)个基因在家蚕基因组中存在直向同源关系,其中58(67%)个基因并且在家蚕、果蝇、冈比亚按蚊3种昆虫的基因组间呈现1∶1∶1直向同源关系。通过比较分析发现,体节极性决定基因在3种昆虫基因组间最为保守。同果蝇和冈比亚按蚊相比,家蚕中决定背-腹部形成的基因分化最大。进一步利用芯片数据对其中的12个母性基因在家蚕5龄第3天幼虫生殖腺中的表达情况进行分析:有2个基因(orb和nanos)在卵巢中特异表达;4个基因(spire、Ras85D、gd和arrest)在精巢中特异表达;另外的6个基因(exuperantia、vasa、pumilio、mago nashi、nudel和dorsal)在精巢和卵巢中均有表达,但是其中的2个基因(pumilio和nudel)在雌、雄间的表达量存在显著差异。研究结果为家蚕发育调控机制的进一步研究提供了重要线索和数据信息。     

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。     

家蚕周期蛋白A基因(BmcyclinA)的克隆和表达谱分析

周期蛋白A(cyclinA)能分别与2种重要的周期蛋白依赖性激酶cdk1和cdk2作用,推动细胞周期的正常进行。利用家蚕基因组数据和分子生物学方法克隆了cyclinA基因在家蚕中的同源物BmcyclinA(GenBank登录号:FJ619105),发现了BmcyclinA基因的另一种错误剪接形式BmcyclinA-1。BmcyclinA基因位于家蚕第13号染色体,由7个外显子和6个内含子组成,其完整开放阅读框为1 533 bp,编码511个氨基酸,在248th-450th氨基酸区域存在2个保守的周期蛋白框。BmcyclinA-1仅能编码正常cyclinA蛋白N端的153个氨基酸残基。RT-PCR分析显示BmcyclinA基因在家蚕整个胚胎发育时期及5龄第3天各组织中均有表达,并且在幼虫精巢中的表达相对较高。     

家蚕催青期胚胎蛋白质图谱的建立

胚胎发育一直是生命科学研究的主题之一。通过家蚕各个时期胚胎蛋白质的研究 ,可以从蛋白质水平探讨胚胎蛋白质的构成和基因顺序表达的规律。应用蛋白质组的研究方法 ,以连续发育的家蚕胚胎为材料 ,采用蛋白质双向电泳技术 ,对催青期各个时期的胚胎蛋白质进行了分离 ,建立了家蚕催青期各个胚胎蛋白质参考图谱。从催青期各个时期的胚胎蛋白质图谱中发现 :从临界期胚胎到气管显现期的胚胎 ,结构基因表达变化不大 ;从点青期开始 ,一些酸性蛋白有关的结构基因被激活表达。     

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。     

家蚕追寄蝇孵化酶的基因克隆与特性分析

家蚕追寄蝇寄生于家蚕幼虫引起的蝇蛆病危害蚕业生产。为从分子水平研究家蚕追寄蝇的孵化机制,以发育1.5 d的蝇卵为材料,结合RACE技术获得家蚕追寄蝇孵化酶基因的全长cDNA,命名为EsHE(GenBank登录号：ON042475)。EsHE基因cDNA全长1 507 bp,包含159 bp 5′UTR、412 bp 3′UTR和936 bp的完整ORF,编码311个氨基酸;EsHE蛋白序列含有孵化酶特征序列HELMHVLGFMHE(锌结合基序)和YDYGSVMHY(Met-转角基序);系统进化树分析显示,家蚕追寄蝇与丝光绿蝇的孵化酶亲缘关系最近。qRT-PCR检测EsHE基因在家蚕追寄蝇卵期的表达模式,发现在卵产后36 h EsHE表达量开始大幅上升,至孵化前的48 h达到最高水平;且在3龄幼虫中肠组织高水平表达。这些结果暗示EsHE与家蚕追寄蝇的胚胎发育和孵化密切相关,还可能参与幼虫期的食物消化、蛋白质代谢等生物学过程。通过以家蚕追寄蝇基因组DNA为模板扩增发现,EsHE基因含有1个内含子(2 638 bp)和2个外显子(第1外显子1 005 bp,第2外显子502 bp),基因结构...     

家蚕冷激蛋白BmCSP的表达及亚细胞定位分析

冷激蛋白是一种多功能RNA/DNA结合蛋白,其特征是存在1个或多个冷激域,不仅可以调节自身的表达,还可以调节许多与疾病相关基因的表达,并协调多种细胞过程,包括增殖和分化。家蚕体内存在一个冷激蛋白(Bombyx moricold shock protein,BmCSP),通过构建重组表达载体pET-28a-BmCSP进行表达纯化和多克隆抗体制备,制备的抗体效价大于1∶12 800。通过实时荧光定量PCR和免疫印迹(Western blotting)对家蚕各个发育时期及5龄幼虫各个组织的BmCSP基因和蛋白质的表达水平进行检测,发现在5龄幼虫期和5龄幼虫生殖腺的表达水平最高,而蛾期和头部中的表达水平最低。推测BmCSP蛋白可能在家蚕生殖过程中发挥一定作用。通过免疫细胞化学技术在家蚕卵巢细胞中进行亚细胞定位分析,发现BmCSP蛋白在整个细胞周期主要分布于细胞质中,但在4℃冷激2 h后,BmCSP蛋白则同时位于细胞核和细胞质内且表达水平上升。推测BmCSP蛋白在冷激情况下向细胞核内迁移,可能对家蚕细胞处于低温条件下保护细胞核正常的生理活动和细胞存活起重要作用。     

家蚕vasa样基因表达的可变剪接

VASA样蛋白是决定生殖系发育的重要调控蛋白因子之一,具有广泛的保守性,因此vasa的表达被认为是生殖细胞中最可靠的分子标记。为研究家蚕vasa样基因(Bombyx mori vasa-like gene,Bmvlg)的基本结构特征,通过RT-PCR从家蚕雄性性腺组织中获得了4个不同长度的BmvlgcDNA片段。经克隆分析,其中一个完整的BmvlgcD-NA全长1 806 bp,编码全长601个氨基酸的家蚕VASA样蛋白,该蛋白的结构特征与已知同源VASA样蛋白的结构特征基本一致;另3个不同长度的BmvlgcDNA均有各自的起始密码子和终止密码子。推测Bmvlg基因可能存在着多种可变剪接。     

家蚕细胞周期素E基因在5龄幼虫组织表达的剪切变体和表达谱特征

细胞周期素E(cyclinE)是调控细胞周期从G1期进入S期的关键因子。利用家蚕基因组数据库信息设计引物,克隆家蚕cyclinE在5龄幼虫不同组织表达的cDNA序列,获得该基因的6种不同剪切变体,这6种剪切变体前4个外显子和最后一个外显子都相同,变化主要集中在第5~7外显子处。同源性比对显示,不同物种来源的cyclinE周期蛋白盒区域具有较高的保守性,有35个氨基酸的共同保守序列,该区域可能也是家蚕cyclinE的特异识别并结合细胞周期素依赖蛋白激酶的功能区域。利用实时定量PCR分析显示,cyclinE在家蚕5龄第3天幼虫的中肠、脂肪体、丝腺、脑、马氏管、精巢、卵巢、血液等8种组织、器官中均有表达,并且在脂肪体中的表达相对较高,推测cyclinE基因在家蚕脂肪体细胞分裂过程中发挥重要作用。     

黄鳝性逆转过程中性腺形态学初步观察

试验通过对性逆转过程中雌、雄鳝以及雌雄间体鳝的性腺的形态学进行观察 ,结果显示 ,雌鳝性腺大部分含肉眼可见的卵粒 ,但各时期卵巢的卵粒大小不一。雌雄间性阶段黄鳝性腺肉眼仅见不同形态的卵粒 ,部分卵粒极少 ;组织切片既可观察到卵母细胞 ,还可发现结缔组织纵隔和在纵隔上形成的管状结构的早期精细管 ;而雄鳝阶段黄鳝性腺多呈乳白色带有黑色斑点 ,带有较多且大的黑色斑点性腺可能是卵母细胞退化凋亡痕迹 ,其切面中有较稀疏精母细胞 ,可能属早期的精巢 ;乳白色性腺中黑色斑点极少 ,精母细胞相对较密集 ,可能是成熟期的精巢。试验表明黄鳝“性逆转”在形态学上具有明显的阶段性特征     

家蚕转基因研究及肌动蛋白A3启动子的表达分析

通过显微注射法,将转基因载体pBcA3EG及辅助质粒pA3H导入产后1h的蚕卵,在G1代获得家蚕转基因的阳性个体.通过对G2代转基因蚕基因组的Southern杂交分析表明,获得的该转基因品系为EGFP基因的单拷贝插入.同时对G2代个体不同发育时期及不同组织进行荧光观察,发现EGFP在转基因家蚕幼虫期的表达较其它时期强,而幼虫时期强烈的EGFP主要由中肠组织的杯形细胞高量表达所致.这些结果初步表明A3启动子在家蚕的不同发育时期及不同组织存在表达的活性差异.     

ZB transposon and chicken vasa homologue (Cvh) promoter interact to increase transfection efficiency of primordial germ cells in vivo

ABSTRACT

1. In order to increase the efficiency of generating transgenic chicken, this trial focused on two points: primordial germ cells (PGCs）transfection in vivo and a germline-specific promoter.

2. In order to transfect PGCs in vivo, two plasmids (pZB-CAG-GFP, pCMV-ZB）were co-injected into chicken embryos via the subgerminal cavity at Hamburger and Hamilton (HH) stage 2–3 or via blood vessel at HH stage 13–14. Results showed that the percentage of GFP+ embryos, viability and hatching rate of embryos injected at HH stage 13–14 were significantly higher than that at HH stage 2–3.

3. Two plasmid transposon systems were used for chicken embryo micro-injections. The donor plasmid, with a green fluorescent protein (GFP) reporter gene, was mediated by the ZB transposon. The helper plasmid was a transposase expression vector driven by the promoter of the chicken vasa homologue (Cvh) gene or Human cytomegalovirus (CMV) promoter. Results showed that 60.98% of gonads in Cvh group expressed GFP, which was 52.50% higher than seen in the CMV group. Only gonad tissue from the Cvh group showed any GFP signal, whereas both gonads and other tissues in the CMV group showed green fluorescence.

4. The data suggested that ZB transposon-mediated gene transfer was efficient for transfecting PGCs in vivo; the Cvh promoter drove the transposase gene specifically in the germline and increased the efficiency of germline transmission. Blood vessels injection at HH stage 13–14 may be a more efficient route for PGCs transfection in vivo.     

诱导滞育的温度和光照节律对家蚕滞育激素基因Dh表达的影响

滞育激素(DH)是导致家蚕滞育生理现象出现的关键因素。研究卵期不同温度和光照节律引起家蚕滞育激素基因Dh表达的变化,探讨温度和光照对家蚕滞育调控的机制。催青期25℃持续光照(25LL)条件下,蚕卵中Dh基因mRNA高水平稳定转录;而在15℃持续黑暗(15DD)条件下,蚕卵中只有痕迹量Dh基因mRNA存在;25LL或者20℃、光照与黑暗12h交替(20LD)条件下,胚胎发育至单眼着色后(有效积温2160℃.h以后)Dh基因mRNA转录水平显著上调,与此时期胚胎对诱导滞育的温度和光照节律更加敏感一致。从催青期开始整个世代的保护温度和光照节律,呈现高温25℃显著上调整个胚后时期Dh基因mRNA转录水平,光照上调蛹期与蛾期Dh基因mRNA转录水平,且高温的作用强于光照。5龄第3天幼虫的基因芯片表达谱显示,Dh基因mRNA转录水平存在显著的性别与组织差异,雌蚕多个组织中的Dh基因mRNA转录水平都显著低于雄蚕,卵巢中的Dh基因mRNA只有痕迹量。亲代卵的催青温度与光照节律决定子代卵的滞育性,也影响到Dh基因mRNA的转录水平;但子代卵内Dh基因mRNA转录水平高低不是蚕卵滞育与否的关键。推测家蚕Dh基因表达的性别差异及在早期蚕卵中表达特征与滞育性不一致的现象,可能与Dh基因的前体多肽翻译产物剪切有关。     

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。     

Biological characteristics of fish germ cells and their application to developmental biotechnology

We have revealed several unique characteristics of germ cell development using rainbow trout, including the fact that spermatogonia transplanted into the peritoneal cavity of newly hatched embryos migrate toward recipient gonads, that spermatogonia transplanted into female recipients start oogenesis and produce functional eggs and that diploid germ cells transplanted into triploid trout can complete gametogenesis. By combining these unique features of fish germ cells, we established allogeneic and xenogeneic transplantation systems for spermatogonia in several fish species. Spermatogonia isolated from the mature testes of vasa-green fluorescent protein (Gfp) transgenic rainbow trout were transplanted into the peritoneal cavity of triploid masu salmon newly hatched embryos. These spermatogonia migrated toward recipient salmon genital ridges with extending pseudopodia and were subsequently incorporated into them. We further confirmed that the donor-derived spermatogonia resumed gametogenesis and produced sperm and eggs in male and female salmon recipients, respectively. By inseminating the resulting eggs and sperm, we obtained only rainbow trout offspring in the F1 generation, suggesting that the triploid salmon recipients produced functional gametes derived only from donor trout. We further confirmed that this intra-peritoneal transplantation of germ cells is applicable to several marine fishes, which could be of benefit in the production of bluefin tuna that has a large broodstock (>100 kg) and is difficult to maintain in captivity. Gamete production of bluefin tuna could be more easily achieved by generating a surrogate species, such as mackerel, that can produce tuna gametes.     

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。     

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。