家蚕DnaJ5基因的克隆与表达谱分析

DnaJ蛋白是一种调节蛋白。从构建的家蚕蛹cDNA文库中检索到一条编码DnaJ蛋白的EST,并克隆获得家蚕DnaJ5基因(Bm-DnaJ5,GenBank登录号为FJ592078)。该基因的开放阅读框长1 056 bp,编码351个氨基酸,分子质量为38.93 kD,等电点为9.25。利用实时定量PCR技术对Bm-DnaJ5基因在家蚕不同组织和发育时期的时空表达谱进行定量分析,结果显示:该基因在5龄幼虫时期的各组织中都有表达,在睾丸中的表达量最高,拷贝数达到1.16×108个/μg,其次在头部、中肠、前部丝腺和翅原基中的表达量也较高,在气管丛中的表达量最低,拷贝数仅为1.84×104个/μg;在蛹中期的几个组织中均有表达,其中在眼和睾丸中的表达量较高,拷贝数分别为8.79×107个/μg和1.78×107个/μg,而在卵巢中的表达量最低,拷贝数仅为1.94×105个/μg。     

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。     

化学感受蛋白家族基因在家蚕5龄幼虫表皮中的表达分析

化学感受蛋白(chemosensory protein,CSPs)在昆虫的免疫反应、生长发育及信号传递过程中起重要作用。以耐高温家蚕品种为材料,研究高温饲养环境下,作为家蚕物理屏障及感觉器官的表皮中化学感受蛋白基因的表达变化。依据从家蚕基因组数据库获得的15个家蚕CSPs基因(Bm CSPs)的序列设计引物,通过RT-PCR检测正常饲育温度(28℃±0.5℃)下,Bm CSP1、Bm CSP4、Bm CSP6、Bm CSP7、Bm CSP8、Bm CSP9、Bm CSP11和Bm CSP15等8个基因在家蚕5龄第2天幼虫的表皮中有表达;通过半定量RT-PCR和qRT-PCR检测在高温(35℃±0.5℃)饲育环境下,5龄第2天幼虫表皮中Bm CSP8和Bm CSP15的表达水平显著上调,其他6个Bm CSPs基因的表达水平未见显著变化。初步推测Bm CSP8和Bm CSP15可能与家蚕幼虫对高温环境的应激反应有关。     

家蚕中肠特异表达基因BmMSEG的进化和功能研究

中肠是家蚕消化管的最主要部分,对家蚕生长、发育以及免疫等具有重要影响。先前基于转录组分析发现,BmMSEG(midgut-specific expressed gene)基因在家蚕中肠特异表达,但是其功能仍然未知。本研究应用qRT-PCR进一步证明BmMSEG在家蚕中肠特异表达。通过CRISPR/Cas9敲除BmMSEG基因,发现敲除个体的中肠出现损伤,并且在5龄幼虫期死亡。最后通过同源搜索和共线性分析,发现BmMSEG的直系同源基因广泛且特异性分布于鳞翅目昆虫基因组中。本研究结果不仅为进一步研究BmMSEG基因导致中肠损伤的作用机制提供了理论基础,而且深入研究可为鳞翅目害虫防控提供新的分子靶标。     

家蚕中肠组织在变态发育不同时期的蛋白表达差异分析

分析了家蚕在变态期不同发育时段中肠组织蛋白表达差异的信息。SDS-PAGE电泳分析显示,从家蚕吐丝前1 d到化蛹72 h的中肠蛋白分离到相对明显的16条泳带,其中分子量约为30、45、70 kD的蛋白组分含量较大,且比较稳定,分子量约为50、60、62 kD的蛋白组分在不同时期存在着显著的表达差异。进而通过聚丙烯酰胺双向凝胶电泳分析,发现家蚕中肠组织蛋白的表达种类和差异蛋白数目的变化在化蛹1～3 d非常明显:蛋白表达种类的变化呈现2个高峰,分别为化蛹0 h和化蛹41 h;差异蛋白数目的变化呈现3个波峰,分别在吐丝98 h至化蛹0 h、化蛹30～41 h和化蛹41～58 h。在化蛹1～3 d,这种显著峰值变化的时期刚好与家蚕中肠组织发生旧肠壁细胞退化死亡和新生肠壁细胞分化增殖的盛期相吻合,从一个侧面反映了家蚕中肠组织在变态期活跃的发育进程。     

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。     

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。     

家蚕脂肪酶基因Bmlipase-1在不同BmNPV抗性水平家蚕品种间的表达差异

家蚕脂肪酶Bmlipase-1在家蚕中肠组织特异性表达,具有抵抗家蚕核型多角体病毒(BmNPV)感染的活性。以对BmNPV具有不同抗性水平的6个家蚕品种为材料,利用荧光定量PCR(qRT-PCR)技术,检测Bmlipase-1基因在不同家蚕品种5龄期健康幼虫中肠组织的表达水平及感染BmNPV后的5龄期幼虫中肠组织中该基因的表达水平变化,探究该基因表达水平与家蚕对BmNPV的抗性水平的关系。结果表明:不同家蚕品种间Bmlipase-1的表达水平差异显著,抗性较强的品种,其表达水平较高,6个供试品种5龄幼虫中肠组织中的Bmlipase-1表达水平依次为NIL.LVR>P50>CVDAR18>nsd.NIL>892>306,抗性较强品种NIL.LVR 5龄期的平均表达量约为抗性较弱品种306的8.2倍;BmNPV能够诱导Bmlipase-1的表达,但不同品种间该基因的诱导表达差异显著,仍表现为抗性较强的品种该基因的诱导表达水平较高,NIL.LVR经BmNPV感染诱导后Bmlipase-1在5龄期的平均表达量约为抗性较弱品种306平均诱导表达水平的12.4倍。推测Bmlipase-1的表达水平与蚕体自身对BmNPV的抗性水平有一定的关联性。     

BmMP54基因在家蚕组织的表达模式及与BmNPV多角体蛋白基因的融合表达分析

从家蚕蛹c DNA文库中筛选到一个403 bp的未知功能基因,将其命名为Bm MP54(Gen Bank登录号:DY231399.1)。该基因序列包含312 bp的开放阅读框,编码由103个氨基酸残基组成的蛋白质,生物信息学预测其含有2个跨膜区域,等电点及分子质量分别为9.90和10.463 k D。将Bm MP54与家蚕核型多角体病毒(Bm NPV)的多角体蛋白基因(Polh)融合后分别连接到原核表达载体p GEX-4T-1和家蚕杆状病毒表达系统转移载体p Fast BacTMHTB中构建重组质粒,并分别在大肠埃希菌BL21(DE3)和家蚕卵巢培养细胞(Bm N)中表达。原核表达的融合蛋白通过调节p H值、阴离子交换层析等纯化获得了65 k D的重组融合蛋白Polh-Bm MP54,通过Western blotting可在重组杆状病毒感染的Bm N细胞中检测到42 k D左右的Bm MP54重组蛋白,表明已按设计要求高效表达并纯化获得目的蛋白质。实时荧光定量PCR分析显示Bm MP54在家蚕5龄幼虫的气门和脂肪体组织中表达量最高,在表皮和头部的表达量最低。上述研究结果有利于后续探讨Bm MP54在家蚕生长发育过程中的生物学功能。     

家蚕含RRM保守结构域蛋白基因(Bmrrm)的克隆及序列分析与表达研究

RRM(RNA recognition motif)是RNA结合蛋白中广泛存在的一种保守结构域。从构建的家蚕蛹cDNA文库中筛选得到一条含有RRM保守结构域的cDNA,命名为Bmrrm(GenBank登录号:DQ534196)。Bmrrm基因全长1086 bp,开放阅读框大小为894 bp,编码297个氨基酸残基,蛋白理论分子质量33.2 kD,等电点9.69,预测的三级结构由2个α螺旋和4个β折叠组成。将该基因的PCR扩增产物于原核表达载体pET-28a(+)中表达后经SDS-PAGE检测,在36 kD处的特异性蛋白条带与预期值相符,重组蛋白以可溶的形式表达。将纯化的重组蛋白免疫新西兰大白兔制备多克隆抗体,ELISA检测效价大于1∶6400。采用荧光定量PCR方法对家蚕卵、5龄幼虫、蛹、蛾4个发育时期以及5龄幼虫各组织中Bmrrm的mRNA转录水平进行检测比较,发现在蛹期和5龄幼虫生殖腺、表皮中的转录水平较高。采用免疫印迹方法在家蚕的卵期、5龄幼虫、蛹期,以及5龄幼虫的生殖腺、表皮、脂肪体中检测到BmRRM蛋白有明显表达,但在蛾期及5龄幼虫的其他组织中未检测到该蛋白。以家蚕Bm5细胞进行免疫细胞化学实验,BmRRM蛋白在整个细胞周期主要分布于细胞核,仅少量分布于细胞质。初步推测BmRRM蛋白参与蚕体内RNA前体的剪接、细胞定位及维持稳定等转录后调控过程。     

家蚕谷胱甘肽-S-转移酶基因(BmGSTd1)的诱导表达定量分析

谷胱甘肽-S-转移酶(GST)在机体的解毒代谢和抗氧化中起重要作用。为探究家蚕谷胱甘肽-S-转移酶基因(BmGSTd1)在家蚕体内的解毒和抗性功能,采用实时荧光定量PCR方法,对BmGSTd1基因在正常饲养及添食NaF家蚕5龄幼虫不同组织中的转录水平进行检测,并采用家蚕Actin3、GAPDH、28S rRNA 3种内参照基因对检测结果进行归一化处理。BmGSTd1基因在家蚕5龄幼虫各组织的转录水平存在差异,且采用不同内参照基因结果不一致:分别以家蚕Actin3、GAPDH、28S rRNA基因为内参照,该基因转录水平最高的组织分别为中肠、丝腺、脂肪体。5龄第2天幼虫添食NaF对体内各组织中BmGSTd1基因的转录水平具有诱导作用,且在不同组织中诱导表达的情况不同,采用以上3种内参照基因进行归一化处理的结果数据表明,中肠和脂肪体组织中的诱导转录水平最高,可能与这2种组织是家蚕主要的解毒器官有关。研究认为,检测基因在不同组织中的转录水平,采用合适的内参照基因对保证检测结果的可靠性非常重要。     

微粒子病家蚕中肠组织蛋白质的变化

用浓度为104spores/mL、106spores/mL和108spores/mL的家蚕微孢子虫孢子2mL分别感染三组4龄起蚕(每组100条),另设一组作为空白对照。分别于5龄起蚕饷食后第48h、96h和144h解剖获取中肠组织,提取中肠组织蛋白质进行SDS-PAGE电泳。SDS-PAGE结果显示感染后的不同时间,家蚕中肠组织蛋白质出现了不同的变化,并且某些蛋白的变化与感染的浓度呈相关性     

家蚕中肠组织蛋白质组学研究

通过高精度的双向电泳技术对家蚕5龄幼虫的中肠组织进行了研究,利用基质辅助质量飞行时间质谱(MALD I-TOF MS)对表达量较高的蛋白点进行了肽质量指纹图谱分析,并采用GPMAW软件对家蚕基因组预测的蛋白质数据库进行了本地构库,对所得到的肽质量指纹图谱进行了分析。结果发现,家蚕中肠蛋白质经过双向凝胶电泳和图像分析,银染后可以检测出600个以上的蛋白点,这些蛋白点主要集中在分子量15～80 kD区域,等电点3～8.5之间。MALD I-TOF MS鉴定的36个蛋白点中都有较强的肽质量指纹信号峰,其中32个蛋白点得到了成功鉴定,包括原肌球蛋白以及大量的离子转运蛋白、与代谢相关的酶、与信号传导和细胞凋亡相关的蛋白等。这一结果为进一步认识家蚕中肠组织的生理功能提供了基础信息。     

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。     

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。     

共培养沙门菌对粪肠球菌N41株生长特性及毒力基因的影响

为探讨共培养条件下沙门菌对粪肠球菌N41分离株生长特性及其不同生长时期26种毒力基因转录的影响,将N41菌株、沙门菌菌株单独/混合培养后,分别进行菌落计数并绘制生长曲线,观察其生长状况及影响,同时提取其对数中期、对数后期、稳定前期和稳定期的总RNA,SYBR GreenⅠ实时荧光定量PCR方法分析N41菌株26种毒力基因的转录情况。结果显示,共培养后沙门菌和N41生长均受到影响,其中,在N41菌体浓度降低约3.9倍,而沙门菌菌体浓度降低约110倍。在N41菌株26种毒力基因中,沙门菌促进了ebpA、ebpC、rnjB、ace、ebpR、psr等12种毒力基因在4个不同生长时期的转录,但同时也降低了毒力基因SlyA和sprE在4个生长期中转录水平;另外,除了CylL-S、CylL-L、efaA和AS在4个生长时期变化不明显外,其余的大部分毒力基因都在对数后期转录水平有明显上升,但在其他生长时期则表现不同。这说明,两菌共培养后,N41菌株明显抑制了沙门菌的生长,同时沙门菌也整体促进了N41菌株毒力基因的转录。本试验为研究细菌间相互作用机制以及肠球菌的致病机制奠定基础。     

芸香苷诱导家蚕谷胱甘肽-S-转移酶omega家族基因的表达变化

谷胱甘肽-S-转移酶(GST)是在机体的解毒代谢和抗氧化过程中起重要作用的超家族酶系。分析家蚕(Bombyx mori)GST omega家族基因在体内摄入植物次生物质芸香苷后的表达变化,为从代谢生理研究家蚕对农药的抗性,以及探讨植物次生代谢物质影响鳞翅目害虫对农药的敏感性的机制提供参考。采用双跟踪标定定量PCR(dual-spike-in qPCR)方法,检测添食不同浓度芸香苷溶液的家蚕5龄幼虫的中肠和脂肪体中GST omega家族不同基因的转录水平,结果显示添食质量浓度为5×10-2 ng/μL的芸香苷溶液能诱导GST基因的转录水平发生显著变化:与对照相比,中肠中BmGSTo1、BmGSTo2和BmGS-To3基因在诱导后24 h的相对转录水平分别上升了7 143、1 391和3 398倍;在脂肪体中BmGSTo1的转录水平最高且在诱导后2 h达到最大值。与添食5×10-2 ng/μL芸香苷溶液处理组相比,添食5×10-1 ng/μL芸香苷溶液诱导后GST基因在蚕体组织转录水平上升的幅度较小,并且达到峰值的时间不同,而添食5×10-3 ng/μL芸香苷溶液诱导后并不能使GST基因的转录水平发生变化。研究结果提示:家蚕GST omega家族基因可能参与对摄入蚕体内的芸香苷的代谢。     

家蚕脂质运载蛋白基因BmLip32的特征与表达活性分析

从已构建的家蚕蛹期cDNA文库中筛选得到一条新的cDNA片断,经生物信息学分析发现其编码框具有脂质运载蛋白(lipocalin)保守结构域,命名为BmLip32基因,GenBank登录号为FJ602775。构建融合表达质粒pET-28a-BmLip32后转化大肠杆菌BL21并诱导表达,将纯化的His-BmLip32融合蛋白免疫新西兰大白兔成功制备多克隆抗体,效价大于1∶12 800。RT-PCR检测结果表明BmLip32在家蚕蛹期转录水平最高,在5龄幼虫头部中的转录水平明显高于其它组织。Western blotting分析结果显示BmLip32在5龄幼虫头部大量表达。免疫细胞化学实验显示BmLip32蛋白存在于家蚕Bm5细胞的细胞质中。推测BmLip32基因是家蚕神经系统发育相关的重要调控基因。     

牛ATP5B基因启动子与组织差异性表达研究

本研究旨在检测前期构建的牛ATP5B基因启动子双荧光素酶报告基因重组质粒在3T3L-1细胞系中的表达活性,检测ATP5B基因在不同组织中的差异表达情况。经脂质体法转染3T3L-1细胞系后,检测7个重组质粒的荧光素酶相对活性,结合生物信息学软件进一步确认牛ATP5B基因可能的核心启动子;利用试剂盒从秦川牛的16个不同组织提取RNA,反转录后,先检测cDNA,再设计ATP5B基因定量引物和1对β-actin内参引物,进行实时荧光定量反应,最后,结合软件比对不同物种的ATP5B基因近端启动子和氨基酸序列。结果,通过转染细胞和荧光素酶活性分析,统计学分析证实重组质粒pATP5B-462荧光素酶活性最高,软件分析所对应的启动子区域-547~-230bp存在TATA盒、CAAT盒、GATA盒、v-Myb、deltaE这些重要转录调控元件。牛的ATP5B基因组织表达谱结果分析显示,该基因在后腿肌和背最长肌中相对高水平表达,在睾脂、心、瓣胃、皱胃、大肠、小肠、背脂、肾和肝中相对中度表达,在脾、肺、盲肠、瘤胃和网胃中相对微量表达。氨基酸序列比对结果显示,牛ATP5B基因与山羊、绵羊、小鼠、猪和人的ATP5B基因的相似性较高,牛ATP5B基因编码的氨基酸序列与山羊和绵羊的相似性分别高达99%、98%,与人和小鼠的相似性均为96%,与猪的相似性为91%。本研究初步确认了牛ATP5B基因可能的核心启动子,并得到了牛ATP5B基因在16个组织的表达谱结果,软件比对基因序列的结果进一步表明,ATP5B基因是一个较为保守的基因,这为进一步研究牛ATP5B基因的转录调控机制及功能都奠定了基础。