利用转基因RNA干涉提高家蚕对BmNPV的抗性初探

基于探讨利用转基因RNA干涉技术使家蚕获得对核型多角体病毒抗性的目的,将家蚕核型多角体病毒(BmNPV)的DNA聚合酶基因、蛋白激酶(PK1)基因以及bro-d和orf1629基因的部分编码片段,分别以其反向重复的形式与家蚕Actin3启动子连接,构建了基于piggyBac转座子载体的转基因表达载体,通过显微注射于家蚕卵,获得了36~107个G1蛾区,得到了20~23头转基因阳性家蚕。经Southern杂交及RT-PCR分析表明,BmNPV的4个反向重复片段都已经导入家蚕基因组中,并且可以进行转录。攻毒实验结果表明,BmNPV的DNA聚合酶基因和PK1基因反向重复片段对病毒的增殖有抑制作用,从而使家蚕对BmNPV具有一定抗性;而BmNPV的bro-d和orf1629基因反向重复片段对病毒的增殖没有抑制作用。针对特定病毒的转基因RNAi技术有望使家蚕获得对该病毒的抗性。     

表达短lef-1dsRNA转基因家蚕对BmNPV的抵抗能力与主要经济性状

为了提高家蚕对核型多角体病毒(BmNPV)的抵抗能力,将带有BmNPV晚期表达因子基因(lef-1)dsRNA表达盒和新霉素抗性基因(neo)表达盒的转基因载体pigA3-LEF-Neo通过精子介导法导入家蚕卵,经G418和GFP双重筛选并结合分子生物学鉴定,证实获得了转基因家蚕。对G6代转基因家蚕2龄幼虫接种BmNPV,结果显示转基因家蚕的死亡率比正常家蚕(对照组)下降了10～30个百分点,表明转基因家蚕对BmNPV的抗性有所提高;对接种BmNPV的5龄转基因家蚕A、B系统的定量PCR检测结果显示,2个系统体内的lef-1 mRNA转录水平比对照组平均降低了72倍和26.5倍,最高下降了104倍,进一步表明表达lef-1 dsRNA的转基因家蚕抑制了BmNPV lef-1基因的表达。转基因家蚕的饲养成绩显示其全茧量、茧层量和茧层率等主要经济性状与正常家蚕无明显差异。     

基于2b-RAD技术的家蚕BmNPV抗性关联基因的全基因组筛查

不同家蚕品种对家蚕核型多角体病毒(Bm NPV)的抵抗性存在较大差异,家蚕抗性品系AN、野BN对Bm NPV侵染具有较强的抵抗性。用易感家蚕品系C108分别与AN和野BN杂交、回交,构建两个抗性品系的BC3M和BC4M分离群体,利用简化基因组测序技术2b-RAD(基于IIB型限制性内切酶的RAD)进行亲本和杂交分离群体的基因组测序,通过生物信息学方法筛选位于染色体上与抗性相关的多态性SNP标记,进行抗性品种的基因型分析。对3个亲本及2个抗性分离群体样本基因组DNA构建的2b-RAD标签文库进行Illumina测序,获得抗性亲本AN、野BN的多态性SNP标记11 919个和12 293个。对抗性分离群体全基因组染色体的Bm NPV抗性关联SNP标记指数(SNP-index)进行分析,结果表明亲本品系AN、野BN的Bm NPV抗性相关SNP标记分布在多个染色体上,其中AN的全基因组中抗性贡献率前5位是第5、10、27、23和4号染色体,野BN的全基因组中抗性贡献率前5位的是第4、27、15、18和6号染色体,有多个SNP-index高值位点与已知Bm NPV抗性相关基因的位置具有较高的一致性。推测AN、野BN两个品系的Bm NPV高抗性与抗性主基因和其他抗性基因的联合作用有关。     

ie-1和lef-1基因dsRNA表达元件转染及转化细胞对家蚕核型多角体病毒增殖的抑制

通过RNAi介导可以抑制病毒增殖,将相应的RNAi元件通过转基因转入宿主有可能使宿主对病毒产生一定的抗性。根据家蚕核型多角体病毒(BmNPV)基因组中的病毒复制必需基因ie-1、lef-1设计相应的RNA干扰区段,并构建相应的转基因载体转入家蚕BmN细胞中,瞬时表达结果显示转染了转基因RNAi载体的BmN细胞均对BmNPV有一定的抑制作用。IE dsRNA在病毒滴度为10-4时有抑制作用,在病毒滴度为10-5时有比较好的作用;LEF dsRNA则在病毒滴度为10-5时有抑制作用,在病毒滴度为10-6时有较好的抑制作用。通过转基因及G418筛选后,转基因IE dsRNA细胞在病毒滴度为10-4显示出一定的抑制作用,在病毒滴度为10-5表现了明显的抑制作用;而转基因LEF dsRNA细胞在病毒滴度为10-5有一定的抑制作用,但只维持了一个时段。     

增量表达Bmlipase-1的转基因家蚕的主要经济性状调查

家蚕核型多角体病毒(BmNPV)是对养蚕业危害最严重的病原之一,采用传统育种方法培育家蚕抗性品种存在经济性状和抗性呈负相关的矛盾。为了确定转基因方法能否突破该瓶颈,对先前利用家蚕品种大造建立的增量表达内源性抗病毒基因Bmlipase-1的转基因家蚕系统LI-A的主要经济性状进行调查。结果显示,LI-A的4、5龄幼虫逐日体质量及产茧量性状成绩与正常大造之间没有明显的差异,表明转基因抗病毒家蚕系统LI-A在抗性提高的同时,经济性状没有受到影响。     

柞蚕核型多角体病毒ie-2和pe-38基因的克隆与序列分析

采用随机克隆方法,通过对插入pGEM-3Z载体的柞蚕核型多角体病毒基因组的部分片段进行测序和序列分析,获得了柞蚕核型多角体病毒基因组的2个极早期基因ie-2和pe-38的序列及pe-38的5′启动子区,其推定的开放阅读框分别编码295和302个氨基酸,并且内部含有一个保守的锌指结构和亮氨酸拉链。核苷酸和氨基酸同源性比较结果显示:柞蚕核型多角体病毒的ie-2和pe-38基因与黄杉毒蛾多角体病毒的同源性较高,与家蚕核型多角体病毒的同源性都很低;在分子进化方面,这2个基因的保守性不强,出现大片段缺失,是研究分子进化及物种关系比较典型的基因。     

家蚕AN品系的核型多角体病毒(BmNPV)抗性基因连锁与定位分析

不同家蚕品种对家蚕核型多角体病毒(Bm NPV)的抵抗性存在较大差异。以对Bm NPV感染具有较强耐受性的家蚕品种华康2号杂交组合(F1)累代自交建立AN品系,以Bm NPV多角体悬液对该品系2龄起蚕经口添食的致死中浓度(LC_(50))为2.154×10~9m L~(-1),比对易感品系C108的LC_(50)提高了10~4倍以上。以易感品系C108作为回交亲本与AN品系组配F_1、BC_1、BC_2群体,2龄起蚕用浓度为1×10~8m L~(-1)的Bm NPV多角体悬液浸渍的桑叶饲喂12 h进行抗性遗传分析,表明AN品系对Bm NPV的高度抗性由位于常染色体的1个显性主基因控制。利用SSR分子标记和高分辨率熔解曲线(HRM)分析技术对BC2F群体进行连锁分析,发现AN品系的Bm NPV抗性主基因位于第27连锁群。依据对BC2M定位群体的600余个个体的HRM分析结果,绘制了遗传总距离为29.1 c M的AN品系抗性主基因遗传连锁图,抗性主基因与S2800-9和S2801-352标记的遗传距离分别为5.2 c M、2.9 c M。通过对添食中等浓度(1×10~7m L~(-1))Bm NPV多角体悬液后存活个体的基因组DNA进行SSR分子标记HRM分析,推测家蚕抗性品系AN还存在多个分布于其他染色体的微效抗性基因。     

BmNPV病毒的P10基因研究进展

家蚕核型多角体病毒（Bombyx mori nuclear polyhedrosis virus,BmNPV）是一种杆状病毒，而P10基因是杆状病毒的一种晚期高交表达基因。为了进一步了解P10基因在家蚕作为外源表达载体中的作用，现对国内外在BmNPV的P10基因方面的研究进行综述，以提高对P10基因的应用。     

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。     

化学诱变的BmNPV对家蚕细胞和虫体感染性的初步研究

前文报道化学诱变剂对家蚕核型多角体病毒 (BmNPV)多角体形态有明显的诱变作用 ,诱变的BmNPV基因组对某些限制性内切酶的酶切电泳谱发生变化。本文研究进一步表明 :诱变BmNPV感染家蚕Bm N细胞的病变特征与对照相比没有明显不同 ,但形成不定形超大多角体的空斑时间延迟2～ 3d;诱变BmNPV感染家蚕幼虫后 ,病蚕体内各组织病变损害的感染程度 (易感性 )与对照基本相同。研究结果提示 ,诱变的BmNPV对家蚕培养细胞、虫体组织的感染性无显著变化     

广西地区家蚕品种资源对BmNPV抵抗性的初步调查

以广西地区现有的84个家蚕品种品系为材料,于2龄起蚕经口接种BmNPV,调查不同品种品系对BmN-PV经口感染的抵抗性。结果表明:不同蚕品种间对BmNPV经口感染的抵抗性存在显著差异,供试品种中7532(B)的发病率最低,为21.46%;Z6、中黄4、9497等品种的发病率高达100%;发病率55%以下的品种中绝大多数为日系品种;同一品种不同品系间的抵抗性也有一定的差异。研究结果可为进一步选育抗性品种提供依据。     

家蚕品种871N×872N在云南省对BmNPV的抗性研究

对中国农业科学院蚕业研究所选育的抗BmNPV家蚕品种871N×872N在云南省的抗性进行了调查研究,采用不同浓度BmNPV对2龄起蚕进行添毒饲养,调查试验种添毒后群体的发病情况和半致死浓度(LC50)。结果表明:该品种对BmNPV的LC50为108数量级,比对照种菁松×皓月的LC50高出2个数量级,死亡率明显低于对照。     

利用RNAi技术培育家蚕核型多角体病毒抗性品种的研究进展

家蚕核型多角体病毒属于杆状病毒科,包涵体亚科,它引起的家蚕核型多角体病是蚕业生产上的主要病害,培育家蚕核型多角体病毒抗性品种是防治该病的有效措施,而RNAi技术为家蚕核型多角体病毒抗性品种的培育提供了新的方法。本文综述了近年来利用RNAi技术培育家蚕核型多角体病毒抗性品种的研究进展。     

诱导表达极早期基因ie-1反义序列抑制杆状病毒复制的试验

在昆虫杆状病毒的级联复制中,极早期基因ie-1所编码的IE-1蛋白具有重要功能,其中极晚期多角体蛋白基因启动子polh受其调控激活。通过建立具有启动子polh及ie-1长194 bp的反义序列(ie-1-r)的转录载体,使杆状病毒在宿主细胞进行自身复制时受到抑制。试验结果表明,当转入重组转录载体polh/ie-1-r的宿主细胞受携带荧光素酶(luciferase)基因的杆状病毒感染时,能够被诱导激活细胞内多角体蛋白基因启动子转录其携带的ie-1的反义序列RNA,从而部分抑制病毒本身的复制,宿主细胞在病毒感染第4～5天,其荧光素含量与对照RLU(relative light unit)相比下降约1×108个单位,抑制病毒的效果在时间上呈现一定的滞后性。试验结果提示:构建类似的病毒诱导表达系统,通过早期基因激活晚期基因,晚期基因转录抑制早期基因表达的策略,可以对病毒复制进行抑制。     

表达短ie-1 dsRNA的转化细胞对家蚕核型多角体病毒的抑制作用

为了利用RNAi技术提高家蚕对核型多角体病毒(BmNPV)的抗性,根据BmNPV复制必需基因ie-1设计其相应的dsRNA,构建带有ie-1 dsRNA表达盒的转基因载体piggyantiIE-Neo,结果显示:表达短ie-1 dsRNA的稳定转化Bm细胞,对BmNPV的增殖表现出抑制作用,但在病毒感染后期,由于病毒恢复增殖导致RNAi的效果被掩盖。通过反向PCR分析外源DNA片段插入基因组位点,结果显示:在转化细胞中,外源DNA可通过随机整合或按照piggyBac特定的转座位点TTAA插入细胞基因组。     

家蚕BmVNCP基因表达与BmNPV感染增殖相关性的鉴定分析

为解析家蚕AN品系高抗BmNPV的分子机制,采用家蚕抗性品系AN与易感品种C108杂交及多代回交,结合累代BmNPV攻毒选择,构建了高抗BmNPV的近等基因系C108＿AN;在5龄起蚕经口添食BmNPV多角体1×10⁸ mL^-1悬浊液浸渍桑叶对C108及C108＿AN攻毒,对感染后12、24、36、48、60 h的中肠组织进行转录组测序发现,C108＿AN样本中检出BmNPV基因个数与表达量均大幅减少,病毒虽然能够侵染但不能完成复制;转录组中编码230 aa的家蚕病毒核衣壳蛋白基因(命名为BmVNCP)在C108＿AN样本中显著高表达,表明与BmNPV抗性可能具有关联性。在BmN细胞中过表达BmVNCP基因可以抑制BmNPV的增殖,在BmN细胞中进行靶向BmVNCP的CRISPR/Cas9基因编辑,未能观察到BmNPV增殖和vp39基因表达的稳定增加;BmN细胞内过表达BmVNCP基因可以明显提高宿主IMD信号通路中Dredd基因的表达水平,对FADD基因转录水平无影响,PGRP-LB和PGRP-LF基因表达量极低以致qRT-PCR无法检出。...     

BmNPV的PK基因和杆状病毒PK基因的进化分析

家蚕核型多角体病毒镇江株（BmNPVZJ8）蛋白激酶（BmvPK－1）基因编码区含828个核苷酸,可编码推测分子量为32kD的多肽。应用GCG程序分析表明BmvPK－1与AcMNPV的PK－1相似性最高,两者氨基酸序列相似性达95.2％。比较同时表明,BmvPK-1氨基酸序列与其它生物Ser／ThrPK的催化结构域有很高的同源性,与人的HSPKCE,果蝇的dPKC98F和酵母的TPK1的催化结构域分别有31．1％、32．3％和31.2％的相似性。在PK的进化树中,杆状病毒PK是一独立进化的分枝,BmvPK-1与PK－1进化距离最近,而HavPK则与HzSNPV的PK距离最近。     

家蚕核型多角体病毒几丁质酶基因

序列分析表明 :家蚕核型多角体病毒苏州株 (BmNPVsu)编码的ChiA基因的ORF为 16 5 6个核苷酸 ,编码 5 5 1个氨基酸。同源性分析表明 :杆状病毒编码的ChiA基因在DNA水平上、氨基酸水平上都具有较好的同源性 ,与灵菌的ChiA在氨基酸水平上的同源性达 47 8%～ 5 8 5 % ,推测杆状病毒编码的ChiA基因由细菌通过基因的水平转移而来。在杆状病毒ChiA的系统树中 ,舞毒蛾核型多角体病毒 (LdNPV)为一单独分枝 ,处于进化树的最根部 ,其余可分 2组 ,其中棉铃虫核型多角体病毒 (HaNPV)ChiA、谷实夜蛾核型多角体病毒 (HzNPV)ChiA为一组 ,其它杆状病毒的ChiA构成了第二组     

家蚕核型多角体病毒egt基因在大肠杆菌中的表达

利用ＰＣＲ技术对已克隆的ＢｍＮＰＶＺＪ ８株的ｅｇｔ基因５′端非编码区序列进行删除,并将ＰＣＲ片段克隆到质粒ｐＢａｃＰＡＫ８中,测序结果表明ＰＣＲ扩增的片段完全正确,接着将经过改造的ｅｇｔ基因克隆于大肠杆菌表达载体ｐＥＴ２２ｂ（＋）中,在大肠杆菌中高效表达了ＢｍＮＰＶｅｇｔ基因。同时,对Ｂｍ ＮＰＶｅｇｔ基因的密码子使用作了分析。     

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。