家蚕脂肪体组织基因表达谱的研究I．家蚕5龄中期幼虫脂肪体组织基因表达分析

以大规模EST测序为基础，用生物信息学方法分析了家蚕5龄3d脂肪体组织基因表达的特征，共获取脂肪体组织EST 12 721个。经Plarap程序拼接得到2316个非冗余序列，其中包括824个contigs，l492个singletons。在鉴定出的已知基因中，基因表达频率有明显差异：物质代谢相关基因表达量最高，占总量的58．2％；其次为转录翻译调节相关基因和酶类基因，分别占15．5％和14．5％。在高量表达基因中，有贮藏蛋白、蛋白酶抑制剂、类IDGF蛋白、抗菌蛋白、谷胱甘肽-S转移酶等。结果表明，脂肪体组织基因表达的种类很多，特征明显，与脂肪体在蚕体内的贮藏功能、蛋白质合成功能、代谢调节功能以及变态发育有密切关系。     

基于数字基因表达谱(DGE)分析异烟肼诱导家蚕脂肪体损伤的差异表达基因

以无脊椎动物家蚕为实验动物,采用高通量测序技术分析人结核病治疗药物异烟肼(INH)诱导蚕体脂肪体损伤状态下的相关基因信息。供试5龄第3天家蚕幼虫分别按照1、2 mg/头的剂量经口给予INH后8 h,解剖获取家蚕脂肪体组织并提取总RNA,利用RNA-Seq测序技术分别构建INH诱导组和CK对照组家蚕脂肪体的数字基因表达谱(digital gene expression,DGE)文库。比对2个DGE文库的差异表达基因,并进行GO功能分析和KEGG通路分析,结果显示:INH影响了家蚕脂肪体中功能基因的表达,其中下调表达的基因数目明显较多,这些差异表达基因的GO分类和所在的KEGG通路,均集中在核酸损伤、细胞外信号转导、细胞凋亡与氧化应激过程、蛋白质代谢、药物代谢过程和免疫毒性等几大通路中。选择4个分别与肝损伤、药物代谢、线粒体能量代谢有关的差异表达基因进行qRT-PCR检测,结果与DGE文库的表达一致。另外,家蚕脂肪体经HE和DAPI染色后亦可观察到INH对细胞的损伤;测定不同浓度INH及作用时间下家蚕脂肪体中与肝损伤有关的谷丙转氨酶(ALT)和谷草转氨酶(AST)的活性显著提高,但2种酶的变化趋势不一样。推测INH造成机体组织损伤可能与其和机体内的大分子物质结合,从而影响到这些大分子发挥参与多种代谢通路调节机体正常生理活动的作用有关。     

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。     

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。     

家蚕脂肪体合成蛋白质变化的研究

应用双向电泳、同位素标记、放射自显影及计算机蛋白质电泳图谱分析技术研究了家蚕 5龄期和变态期脂肪体合成蛋白质的变化。结果表明 ,在 5龄中期脂肪体合成蛋白质的种类、分泌蛋白质的量、合成蛋白质的速度都达到最大值 ,合成脂肪体组织蛋白质在 5龄中期也快速增加 ,显示在 5龄中期脂肪体的蛋白质合成水平达到最大值 ,而熟蚕期后脂肪体合成蛋白质种类、分泌量及合成速度都下降 ,表明脂肪体蛋白质合成水平下降 ,在蛋白质合成水平上证明了家蚕脂肪体从幼虫期的合成、代谢等主要功能向变态期的贮藏功能转变。     

家蚕变态期脂肪体形态结构特征

通过对家蚕变态期脂肪体解剖和石蜡组织切片观察发现：脂肪体从5龄未到蛹后期由柔软片状组织变成絮状组织,分布在整个体腔;从预蛹期开始,家蚕脂肪体经HE（Hematoxylin—Eosin）染色,内外层脂肪体着色存在明显差异,内层脂肪体颜色较深,且细胞较小,揭示了两类脂肪体细胞结构的存在着差异;脂肪体所含空泡随着变态发育进程逐渐增多,并内层脂肪体空泡比外层多;脂肪体的消溶从5龄开始,蛹2天达到高峰,并逐渐退化成离散溶解状;但在整个变态期间,存在部分细胞核染色清晰的脂肪体细胞。     

应用基因表达系列分析(SAGE)技术研究高温处理前后家蚕的基因表达差异

高温对家蚕的生理和免疫能力有明显影响。为从分子水平上探究家蚕抗高温机制,应用基因表达系列分析(SAGE)技术获得家蚕5龄雌蚕高温处理前后中肠、丝腺和脂肪体组织的基因表达谱,构建高温组(34℃)和常温组(26℃)2个家蚕SAGE文库。2个家蚕SAGE文库分别包含3555107和3580976个原始标签,其中的标签种类分别为113684和131 296个,清洁标签的种类分别为45972和49467。比较2个文库清洁标签获得65 535种差异标签,共注释4249个基因,其中有1 062个差异表达的基因(P<0.05,错误检测率FDR≤0.001并且拷贝数的差异在2倍以上)。经GO分析发现2个文库中基因的分布极其相似,表明这些基因在不同的环境温度下有类似的生物学功能并参与类似的生理代谢过程。KEGG pathway分析显示有732个基因涉及176个KEGG路径,其中有40个为差异表达基因显著富集的路径(P<0.05),超过一半的路径与代谢、生物合成和信号传导有关。上述结果有助于对家蚕抗高温基因的鉴定以及探究基因调控的网络关系。     

基于GC-MS技术分析感染BmNPV家蚕幼虫脂肪体组织的代谢特征

选择抗脓病家蚕品种白玉N和敏感品种白玉为研究对象,运用GC-MS技术对添食接种高浓度BmNPV前后2个品种5龄幼虫的4种脂肪体组织样品进行代谢组学研究,分析受到BmNPV胁迫后脂肪体组织在代谢组水平发生的变化,筛选差异代谢物,并进一步分析差异代谢通路。结果显示:抗性品种白玉N和敏感品种白玉的幼虫脂肪体中共检出各类差异代谢物407种,主要包括氨基酸、糖类、核苷酸、醛和酮等小分子物质,其中胱氨酸、正缬氨酸、香芹酮、岩藻糖等24种代谢物特异性地出现在某一个参比样品中。根据差异代谢物进行KEGG代谢通路富集分析,再对每个参比组中差异最显著的10条代谢通路进行功能聚类,获得可能造成不同品种间抗病性迥异的3条代谢通路,即嘌呤代谢、嘧啶代谢以及泛酸和辅酶A的生物合成,这些代谢通路与家蚕的能量代谢和供给、体内DNA和RNA合成以及氮代谢密切相关。     

外源物质诱导家蚕小分子热激蛋白基因HSP19.9的组织表达活性分析

小分子热激蛋白(sHSP)参与生物体细胞内多种生理生化反应,并保护细胞在外界不良环境胁迫下免于受损或降低受损程度。为了探讨家蚕小分子热激蛋白在家蚕组织对外源物质代谢中的作用,分别给家蚕添食蜕皮激素(MH)和芸香苷(rutin)后,采用双跟踪标定定量PCR(dual spike-in qPCR)方法,分析家蚕sHSP19.9基因(BmHSP19.9)的组织应急表达特征。结果表明,家蚕5龄幼虫食下2×10-3μg/μL蜕皮激素溶液或5×10-2 ng/μL芸香苷溶液浸泡的桑叶2 h后,BmHSP19.9基因在中肠、脂肪体和马氏管组织中的转录水平均有上升,尤其是在脂肪体中的转录水平非常高,在中肠组织的转录水平出现2个峰值,推测与中肠组织存在不同的应激系统有关。     

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。     

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。     

番鸭下丘脑组织的RNA-Seq特征分析

为筛选番鸭下丘脑组织中的基因组信息,本研究以NCBI数据库中已标注的绿头鸭基因组(登录号:BGI_duck_1.0)为参照,利用RNA-Seq技术对番鸭下丘脑组织基因表达水平,以及可变剪切事件、SNPs及InDel进行筛选。结果显示,共鉴定出14 619个基因表达(FPKM≥1),占筛选出总基因数的72.7%。共有5 034个基因发生了7 528次可变剪切,其中外显子跳跃占92.76%,第一个外显子可变剪切和内含子滞留所占比例最小,共占总数的0.027%。通过RNA-Seq技术,本研究还筛选到646 423个SNP位点和77 712个InDel位点。对SNPs和InDel所在的基因进行功能注释发现,这些基因主要参与分子功能、生物过程和细胞组成过程。通过KEGG通路分析发现,出现SNPs和InDel所在基因主要富集在内分泌调节和神经行为调节的相关通路上,表明下丘脑既可参与内分泌调节,又参与动物的神经行为调节。本研究筛选出的数据不仅丰富了番鸭的遗传信息,而且也建立了番鸭相关基因的SNPs和InDel的数据库,这为番鸭的遗传育种工作及相关功能基因的具体定位提供了可靠依据,同时也为以后番鸭行为的研究提供了一定的参考价值。     

高温高湿胁迫下家蚕不同耐受性品种的中肠组织数字基因表达谱分析

家蚕属于变温动物,环境温度和湿度对其生长发育有很大影响。选择一对高温高湿耐受性差异显著的家蚕品种932和皓月作为试验材料,采用高通量测序的方法,鉴定2个品种5龄幼虫经高温高湿(35℃±0.5℃,RH 95%±2%)处理后中肠组织中转录水平呈现差异的基因,初步分析这些差异基因参与的相关代谢途径,为探究家蚕品种耐高温高湿的分子机制积累基础信息。在正常环境条件下饲养,2个品种的5龄幼虫中肠组织中有552个表达差异显著的基因,这些差异表达基因共分布于44个GO功能注释小类中,与对高温高湿耐受性较差的皓月相比,对高温高湿耐受性较强的932幼虫,其中肠中与神经突触、抗氧化活性、电子载体活性和受体活性相关的基因高表达。与正常环境条件下饲养相比,在高温高湿环境胁迫下饲养,932与皓月的5龄幼虫中肠中分别有303和276个差异表达基因。通过KEGG Pathway显著性富集分析发现,932的差异表达基因在氧化磷酸化、蛋白质消化与吸收、氨基酸代谢及谷胱甘肽代谢等途径显著富集;皓月的差异表达基因在胰腺分泌、蛋白质消化与吸收、细菌与病毒侵染、m TOR信号等途径显著富集。鉴定的中肠差异表达基因可能与高温高湿胁迫下家蚕体内的生理生化反应及代谢变化等有关。     

番鸭下丘脑组织的RNA-Seq特征分析

为筛选番鸭下丘脑组织中的基因组信息,本研究以NCBI数据库中已标注的绿头鸭基因组（登录号：BGI_duck_1.0）为参照,利用RNA-Seq技术对番鸭下丘脑组织基因表达水平,以及可变剪切事件、SNPs及InDel进行筛选。结果显示,共鉴定出14 619个基因表达（FPKM ≥ 1）,占筛选出总基因数的72.7%。共有5 034个基因发生了7 528次可变剪切,其中外显子跳跃占92.76%,第一个外显子可变剪切和内含子滞留所占比例最小,共占总数的0.027%。通过RNA-Seq技术,本研究还筛选到646 423个SNP位点和77 712个InDel位点。对SNPs和InDel所在的基因进行功能注释发现,这些基因主要参与分子功能、生物过程和细胞组成过程。通过KEGG通路分析发现,出现SNPs和InDel所在基因主要富集在内分泌调节和神经行为调节的相关通路上,表明下丘脑既可参与内分泌调节,又参与动物的神经行为调节。本研究筛选出的数据不仅丰富了番鸭的遗传信息,而且也建立了番鸭相关基因的SNPs和InDel的数据库,这为番鸭的遗传育种工作及相关功能基因的具体定位提供了可靠依据,同时也为以后番鸭行为的研究提供了一定的参考价值。     

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。     

家蚕幼虫体腔注射脂多糖和大肠杆菌对BmRelA基因表达的影响

为探究脂多糖和大肠杆菌对家蚕免疫通路中BmRelA基因表达的影响,对家蚕5龄幼虫体腔分别注射脂多糖、大肠杆菌和无菌水,分析注射前0h、注射后3 h、6h和24h等4个时间点不同组织中BmRelA基因表达的差异.结果显示:在中肠和脂肪体组织中,脂多糖和大肠杆菌的注射处理均能引起BmRelA基因的上调表达,并且脂多糖诱导B...     

丁酸对乳腺组织基因表达的调控作用及其机制

丁酸是重要的短链脂肪酸,可作为信号分子结合其受体在机体发挥一些重要的生理作用,如调节乳腺、肝脏及脂肪组织的脂质代谢。丁酸的作用机制是多方面的,其中许多机制与其参与基因表达的调控作用有关。丁酸不仅调节某一个基因的表达,还参与信号通路及基因网络的调节。本文综述了丁酸作为重要的乳成分合成前体物、组蛋白去乙酰酶(DHAC)抑制剂、G蛋白偶联受体的配体对乳腺组织基因表达的调控作用及其相关机制。     

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。     

一个新的家蚕锌指蛋白基因的克隆及基因组结构分析

锌指蛋白是一类能与细胞内核酸特异结合 ,调控基因表达活性 ,对细胞分裂、分化、胚胎发育及个体生长有重要作用的转录因子。从家蚕 5龄丝腺组织cDNA文库中克隆了一个具有锌指结构的新基因 ,命名为BmZFP基因 (GenBank登录号 :AY75 36 5 9) ,其cDNA全长为 180 9bp ,编码 14 3个氨基酸 ,3′端非翻译区 (3′ untranslatedregion ;3′ UTR)达 1332bp碱基序列。BmZFP氨基酸序列推测有 6个功能结构域 ,是一种CCHC型锌指蛋白。虽然BmZFP氨基酸序列与人、大鼠和小鼠的相关锌指蛋白的氨基酸序列同源性只有 33%左右 ,但 6个功能域中的Cys(C)和His(H)却完全匹配 ,推测其功能与人、大鼠和小鼠的相关锌指蛋白有相似性。BmZFP基因序列的结构分析表明 :该基因由 2个外显子和 1个 14 86bp碱基序列的内含子组成 ,在 5′端上游 - 182～ - 2 2 2区域存在一个启动子元件 ,但不是典型的TATA盒启动子。     

重金属铅暴露对家蚕组织GSTs和GSH-Px酶活力及基因表达的影响

谷胱甘肽S-转移酶(GST)和谷胱甘肽过氧化物酶(GSH-Px)是生物体内重要的解毒酶。为了研究重金属铅对鳞翅目昆虫的影响机制,给家蚕添食Pb(NO3)2进行Pb2+暴露,用酶活测定和real-time PCR方法,调查家蚕5龄6 d幼虫不同组织中酶活性及相关基因mRNA转录水平的变化。正常家蚕5龄6 d幼虫生殖腺中的GST酶活性分别是脂肪体和中肠中的20.0倍、34.6倍,GSH-Px酶活性分别是脂肪体和中肠中的57.7倍、46.6倍。幼虫食下含10 mg/kg Pb2+以上的人工饲料时,生殖腺中2种解毒酶的活性成倍下降;人工饲料含20～80 mg/kg Pb2+时,生殖腺中的Gstd1和Gsh-Px基因mRNA转录水平也显著下调,且雄性比雌性更加显著。幼虫食下含10～160 mg/kg Pb2+的人工饲料时,脂肪体中2种解毒酶活性显著升高,Pb2+对2种酶的影响浓度分别为10～160 mg/kg和20～80 mg/kg,但在20～80 mg/kg Pb2+范围内,Gsh-Px和Gstd1基因mRNA的转录却受到抑制,并且雌性幼虫脂肪体中的GSH-Px酶活性及其基因mRNA转录水平、雄性幼虫脂肪体中的GST酶活性及基因mRNA转录水平对Pb2+暴露更加敏感。幼虫食下含20 mg/kg Pb2+以上的人工饲料时,中肠的GST酶活性显著上升,而GSH-Px酶活性变化较小,性别间差异不明显;Gstd1基因mRNA转录水平有上调趋势,Gsh-Px基因mRNA转录水平则受到显著抑制。结果显示,家蚕幼虫生殖腺虽然有比脂肪体和中肠更强的GST酶和GSH-Px酶活性,但对Pb2+的毒害敏感,雄性比雌性受影响更大,生殖腺通过抗氧化防御系统抵御Pb2+毒害的作用很弱。