表达Ⅰ型类人胶原蛋白和脯氨酰4-羟化酶α-蛋白的转基因家蚕品系构建

家蚕丝腺具有高效合成与分泌蚕丝蛋白质的能力,探究利用转基因方法开发家蚕丝腺为生物反应器生产高附加值外源蛋白质的技术途径。将Ⅰ型类人胶原蛋白基因(HCool-Ⅰ)和胶原蛋白羟基化修饰所必需的脯氨酰4-羟化酶α-亚基基因(BmP 4Hα)通过piggyB ac转座子及显微注射方法,同时转入家蚕早期胚胎,在丝素轻链基因fib-L启动子驱动下转入的2个外源基因在家蚕幼虫后部丝腺获得表达。利用反向PCR和生物信息学等方法鉴定、分析转基因家蚕基因组中有19个外源piggyB ac的整合位点,分别位于基因的外显子区域、内含子区域和基因间区,可定位至家蚕的15条染色体上。实时荧光定量PCR检测不同整合位点的转基因家蚕品系幼虫后部丝腺中HCool-Ⅰ基因mRNA转录量存在极显著差异,转录量最高和最低的品系间相差23倍左右;转基因家蚕后部丝腺中BmP 4Hα基因mRNA的转录量比野生型家蚕高出2万多倍。利用SDS-PAGE检测转基因家蚕G3代5龄5 d幼虫的后部丝腺总蛋白质在55 kD和64 kD处分别存在特异性蛋白条带,表明BmP 4Hα和HCool-Ⅰ蛋白已在G3代转基因家蚕丝腺中获得表达。     

家蚕丝腺Matchmaker cDNA文库的构建和3种蚕丝蛋白基因转录因子编码区的克隆

采用Clontech公司SMARTTM技术,分别构建了家蚕4龄眠蚕后部丝腺(PSG0)以及5龄第3天后部丝腺(PSG3)、中部丝腺(MSG3)和脂肪体(FAT3)的Matchmaker cDNA文库,用A3基因引物对几个文库的质量进行了检测;从cDNA文库和家蚕基因组中克隆了FMBP-1、POU-M1和BmFkh 3种在蚕丝蛋白基因表达调控中起重要作用的转录因子编码区,并对其序列进行了分析。结果表明,所建cDNA文库能够用于利用酵母的杂交系统开展蚕丝蛋白基因的表达调控研究。     

家蚕4眠期与5龄期后部丝腺细胞蛋白质组成分析

为探讨家蚕丝腺细胞合成分泌蛋白质过程中有关基因的表达调控机理,采用蛋白质双向电泳和图像分析技术,研究了家蚕4眠期和5龄期后部丝腺细胞的蛋白质组成。在4眠家蚕的后部丝腺细胞中检测到425个蛋白斑点,5龄期随着生长发育的进程,可检测到新的特异蛋白斑点,说明不同的发育时期,后部丝腺细胞的蛋白组成是不一致的。5龄前、中期新增加的特异蛋白斑点可能与丝素蛋白的合成、分泌有关,而5龄后期新增加的特异蛋白斑点可能与丝腺组织的形态变化、细胞的分解凋亡有关。     

PI3K/AKT/TORC1信号通路对丝素蛋白合成转录因子SGF1表达的影响

SGF1(silk gland factor 1)是一种转录调控因子,属于Fox家族的Fox A亚家族成员,能够启动丝素基因的表达,合成丝素蛋白。已知果蝇和其他高等动物中的PI3K/AKT/TORC1信号通路可以调控Fox转录蛋白的表达。为了探究家蚕幼虫后部丝腺(PSG)中PI3K/AKT/TORC1信号通路对SGF1表达水平的影响,对4龄第4天和5龄第7天家蚕幼虫分别注射信号通路抑制剂Wort、Rapa和LY294,24 h后解剖取出后部丝腺,一组用于免疫组织化学染色实验,另一组用于提取蛋白质进行Western blot检测。免疫组织化学染色实验表明,与对照组相比,注射3种信号通路抑制剂的家蚕幼虫后部丝腺组织的绿色荧光亮度明显减弱;Western blot检测表明,与对照组相比,实验组家蚕幼虫后部丝腺的蛋白质浓度有所下降。综合以上结果初步得出PI3K/AKT/TORC1信号通路抑制剂处理均可降低家蚕幼虫后部丝腺中SGF1表达的结论,即提示可以通过上游信号通路PI3K/AKT/TORC1影响SGF1的表达水平,进而调控丝素蛋白的合成。     

家蚕丝氨酸蛋白酶抑制剂基因serpin16的表达规律及体外重组表达

家蚕(Bombyxmori)的丝腺是丝蛋白合成分泌的场所,存在多种丝氨酸蛋白酶抑制剂。为探究家蚕丝蛋白的合成和保护机制,采用半定量RT-PCR的方法调查家蚕丝氨酸蛋白酶抑制剂基因serpin16在家蚕不同发育时期和5龄第5天幼虫各个组织器官中的表达特征,结果表明家蚕serpin16基因仅在4眠-5龄第6天的发育期表达,并且仅在丝腺中特异表达,其中在中部丝腺前区转录水平最高,而在中部丝腺中区和后区的转录水平较低;进一步构建pGEX-4T-1-serpin16原核表达载体,并转化至大肠杆菌(Eschevichia coli)BL21(DE3),经IPTG诱导获得融合蛋白,纯化后得到单一的目的蛋白。家蚕serpin16基因在幼虫丝腺的特异表达模式提示其可能与家蚕的吐丝过程密切相关,推测该基因在维持丝腺稳定的泌丝环境中发挥重要作用。     

利用转基因家蚕丝腺生物反应器生产重组蛋白的应用前景

家蚕丝腺拥有较强合成丝蛋白的能力,通过利用这一能力,使其能够大量生产有价值的蛋白,人们开始引入转基因家蚕,使它能够在丝腺中合成重组蛋白并分泌到蚕茧中。获得的重组蛋白可在生物学、生物技术,和药学领域中得到广泛应用。我们通过控制合成蛋白在丝腺中的定位,在后部丝腺(PSG)中表达重组蛋白使其定位在不能溶解的丝素中,在中部丝腺(MSG)中表达则定位于亲水外层的丝胶层中。本文主要讨论将转基因家蚕丝腺生物反应器作为优良工具,应用于大量生产药用蛋白和在工业化水平生产相关重组蛋白的可能性,以及生产重组蛋白过程中所面临的挑战和未来的应用前景。     

丝蛋白的合成

家蚕丝腺细胞在幼虫期的一个短暂发育的时期合成大量的丝蛋白(silk proteins),丝心蛋白(fibroin)和丝胶蛋白(sericin),丝蛋白的主要成分丝心蛋白是专门在后部丝腺中合成的,而丝胶蛋白则在中部丝腺合成。两种蛋白质都具有独特的,容易鉴别的氨基酸成分。     

家蚕丝腺响应高低温胁迫的转录组分析

丝腺是家蚕合成和分泌丝蛋白的唯一器官，温度在丝腺合成丝蛋白的过程中具有重要调控作用，对蚕丝产量和品质都有重要影响。了解丝腺对饲养温度的响应机制对有效调控熟蚕吐丝有重要借鉴作用，以实用蚕品种贵蚕7号为研究对象，在丝腺发育和丝蛋白合成关键时期(5龄期)分别采用20℃、25℃和30℃不同温度条件进行饲养，并取游走期丝腺进行转录组比较分析。结果发现高温组(30℃)和低温组(20℃)与正常适宜饲养温度组(25℃)相比，共鉴定到109 053个差异表达基因。其中30℃饲养条件下存在67个显著上调表达基因，196个显著下调表达基因；20℃饲养条件下存在101个显著上调表达基因，124个显著下调表达基因。高温组和低温组之间分别存在4个和7个特异差异表达基因。进一步对这些差异基因进行GO和KEGG功能富集分析，发现高温组差异表达基因主要集中于氨基酸代谢、保幼激素代谢和能量代谢等与丝蛋白合成紧密相关的信号通路，低温组差异表达基因主要富集于苯丙素的生物合成、谷胱甘肽代谢等与物质代谢合成相关的信号通路，共同富集的通路主要集中于物质运输和能量代谢。这说明高温和低温胁迫影响丝腺发育或丝蛋白合成分泌的分子途径既存在...     

不同产丝量家蚕品系后部丝腺的蛋白质组学分析

家蚕幼虫后部丝腺是合成和分泌丝素蛋白的重要器官。为从蛋白质水平探究不同家蚕品系产丝量差异的原因,应用蛋白质组学研究方法,选取3个产丝量有较大差异的家蚕品系Ndx、大造和21-872为材料,通过双向电泳和基质辅助激光解析电离飞行时间质谱(MALDI-TOF-MS)技术对各品系5龄第5天幼虫后部丝腺表达的差异蛋白进行鉴定,查找与丝蛋白合成相关的蛋白质。结果表明,茧丝突变品系Ndx后部丝腺的蛋白质表达水平与普通丝量品系大造和高丝量品系21-872有差异,差异表达蛋白种类主要为应激反应相关蛋白、能量相关蛋白、蛋白质合成相关蛋白和一些酶类,其中核糖体磷酸化蛋白P0和P2、蛋白质二硫化物异构酶、丝素轻链蛋白Fib-L以及丝素蛋白P25等在Ndx后部丝腺的含量明显低于其它2个品系。推测在茧丝突变品系Ndx的后部丝腺中,上述蛋白质表达量的变化可能是导致其不能正常吐丝结茧的原因。     

家蚕丝胶基因的表达与调控

家蚕丝腺在胚胎期分化完成以后,就已经能够合成和分泌液状丝物质,但直到5龄第3日以后才开始大量合成和分泌丝蛋白(丝素和丝胶),其中中部丝腺合成和分泌丝胶蛋白,后部丝腺合成和分泌丝素蛋白.家蚕丝蛋白基因的这种时间特异性和组织特异性表达现象,引起了众多研究者的兴趣.这种表达模式目前已经成为真核细胞基因表达调控研究的理想模式,正在被广泛和深入地研究.     

家蚕丝心蛋白基因的组织结构

家蚕丝心蛋白基因的表达家蚕绢丝腺由单细胞类型组成,它在分化时进行广泛的 DNA 合成,但没有伴随细胞分裂,这种现象称为多倍化现象。五岭头三、四日,DNA 含量增加,每个细胞达0.17微克 DNA,这大约十万倍于二倍体细胞的含量。在 DNA 合成停止之后,细胞马上从合成多种蛋白质转变为合成单种蛋白质即丝心蛋白质。DNA 合成停止,接着是特异蛋白质的合成是许多分化细胞的特征,在这种     

重要外文学术期刊发表蚕学论文简介

正1 MA S Y,XIA X J,LI Y F,SUN L,LIU Y,LIU Y Y,WANG X G,SHI R,CHANG J S,ZHAO P,XIA Q Y.Increasing the yield of middle silk gland expression system through transgenic knock-down of endogenous sericin-1.Mol Genet Genomics,2017,292(4):823-831题目利用转基因技术下调丝胶蛋白sericin-1的表达提高家蚕丝腺表达系统中外源蛋白质的产量摘要迄今为止已建立了多种转基因生物反应器来满足日益增长的外源重组蛋白表达需求。家蚕丝腺是一种潜在的可商业化应用,大规模、低成本生产重组蛋白的高效生物反应器。但是,由于用现有家蚕丝腺表     

家蚕高蛋白血症模型建立及其丝腺细胞凋亡的特点研究

以阻止熟蚕吐丝的方法建立家蚕高蛋白血症模型,研究模型家蚕丝腺退化过程中细胞程序性死亡的特点,探索家蚕高蛋白血症模型的发病机制。形态解剖学观察显示,模型家蚕的丝腺退化过程延长了2倍时间;组织切片HE染色显示,模型家蚕的中部丝腺和后部丝腺都出现了退化启动推迟的现象。对家蚕组织解体退化信号通路相关基因表达水平的检测显示,模型家蚕丝腺细胞中自噬信号基因Atg6和Atg8的转录水平显著低于对照组家蚕,而凋亡信号基因Dronc的转录水平则显著高于对照组家蚕。免疫组化染色显示,模型家蚕丝腺细胞中凋亡启动蛋白Caspase-3在丝腺退化过程中持续表达。研究结果表明高蛋白血症模型家蚕丝腺细胞的凋亡活动增强,而丝腺退化延缓与自噬作用启动延迟有关。     

外源蜕皮激素和保幼激素类似物对家蚕丝腺蜕皮激素受体基因表达活性的影响

为了进一步探讨外源蜕皮激素（Moulting hormone,MH）和保幼激素类似物（Juvenile hormone analogue,JHA）处理家蚕的增丝机理,本试验分别于5龄24h注射植源性MH和5龄72h注射JHA,采用半定量RT-PCR方法,测定了蜕皮激素受体（ecdysone receptor,EcR）（BmEcR-B1型）基因在家蚕5龄不同发育时期在中部丝腺和后部丝腺中表达量的变化。结果表明,正常对照家蚕丝腺中,EcR基因的表达均在5龄前期表达量较低,中后期表达量较高,但丝腺不同部位,表达模式不同。5龄24h用MH处理后,无论是中部丝腺还是后部丝腺,EcR基因的表达活性与对照组相比,总体上均是先上调后下降;而5龄72h用JHA处理,EcR基因的表达一直到对照熟蚕前均低于对照区;但两种处理区在对照区熟蚕之后仍有不同程度的表达。说明外源激素可通过影响MH受体基因的表达,从而影响了MH信号转导,进一步影响丝蛋白的合成。     

家蚕5龄幼虫期乙酰化修饰丝胶蛋白对蚕丝性能的影响

乙酰化修饰即在翻译中或翻译后的蛋白质分子链上嫁接乙酰基团,是通过化学修饰改变蛋白质性质的方式之一,丝胶蛋白是高度乙酰化的蛋白质。以丝腺组织大量合成丝蛋白的家蚕5龄第2天幼虫供试,分别将去乙酰化酶抑制剂TSA和乙酰化酶抑制剂C646自幼虫第2腹节注射入体内丝腺,上调和下调丝胶蛋白的乙酰化水平,探究通过乙酰化修饰丝胶蛋白的方法改善蚕丝性能的可行性。收集试验组家蚕的茧丝进行力学性能测试、红外光谱分析、X射线衍射分析、扫描电子显微镜(SEM)观察,结果证实丝胶蛋白的乙酰化修饰并不会改变蚕丝丝素的晶体结构,但具有增强丝胶与丝素表层附着力的作用。研究结果可为蚕丝精练脱胶和染整工艺的改进提供新的理论依据。     

家蚕丝素P25蛋白的多克隆抗体制备与应用

P25蛋白是家蚕(Bombyx mori)丝素蛋白的主要成分之一。根据BmP 25基因ORF序列设计引物,以家蚕5龄第3天丝腺cD NA为模板,RT-PCR扩增获得BmP 25的ORF全长片段。将构建的含BmP 25的原核表达重组质粒转化大肠埃希菌Rosetta(DE3)菌株感受态细胞,对家蚕丝素P25蛋白进行重组表达和纯化,并免疫家兔制备获得多克隆抗体,用于研究家蚕丝腺中P25蛋白的合成和分泌规律。利用制备的多克隆抗体对家蚕品种大造5龄第3天幼虫9个组织的总蛋白质样品进行Western blot检测,结果在中部丝腺和后部丝腺检测到P25蛋白,表明该抗体有较好的特异性。进一步利用此多克隆抗体分别对家蚕5龄第5天幼虫中部丝腺和后部丝腺不同区域进行荧光免疫组化分析,结果在后部丝腺的细胞和腔内观察到明显的荧光信号,而中部丝腺后部的细胞仅有微弱信号,腔内的荧光信号强度随着丝素蛋白的从后向前运输越来越弱,以致在中部丝腺的前部和中部未检测到荧光信号。推测可能是P25蛋白在丝素蛋白从溶胶状态到凝胶状态的转化过程中,被逐步包裹在丝素蛋白聚合物中导致其不能被检测到。利用该多克隆抗体对家蚕不同品种的茧丝蛋白进行Western blot检测,均能获得特异性的杂交条带,表明该抗体还可用于家蚕茧丝及丝制品的分子检测鉴定,为开发丝制品的检测试剂盒提供了条件。     

人脑源性神经营养因子基因(hBDNF)在转基因家蚕丝腺中的特异表达

家蚕丝腺具有强大合成与分泌蛋白质的能力,利用其作为生物反应器生产高附加值外源蛋白有着广阔的市场前景。以人血白细胞基因组DNA为模板,扩增并克隆了人脑源性神经营养因子基因(hBDNF)核苷酸序列。序列分析表明,克隆的hBDNF核苷酸序列与已发表序列(GenBank登录号:NM_170735)的同源性为100%。随后采用家蚕丝胶基因(Ser1)启动子,以增强型绿色荧光蛋白(EGFP)为筛选标记,将hBDNF构建到piggyBac转座表达载体并注射入家蚕早期胚胎,在G1代筛选获得了54头转基因阳性个体。经分子检测证实,hBDNF已整合到家蚕基因组并在丝腺有较高水平的特异表达。     

家蚕丝素重链启动子克隆片段在家蚕体内和昆虫培养细胞内的渗漏表达

为了探讨家蚕丝素重链基因的调控机制,应用重组苜蓿银纹夜蛾核型多角体病毒(AcMNPV)为基因转移载体,以绿色荧光蛋白基因为报告基因,研究了丝素重链基因启动子克隆片段在家蚕丝腺的不同部位,以及脂肪体细胞和Sf9培养细胞中的表达渗漏。结果发现,丝素重链启动子克隆片段在家蚕中部丝腺存在表达渗漏,并且在中部丝腺前部的表达活性要强于中部丝腺的中部和后部;克隆片段在脂肪体组织存在表达渗漏,通过荧光解剖显微镜可以在体表观察到绿色荧光;克隆片段在Sf9培养细胞中也存在表达渗漏。上述结果说明目前已知的有关家蚕丝素重链基因的调控元件仍不充分,家蚕基因组中可能还有其他调控丝素重链基因表达组织和时相的特异性元件存在。     

用保幼激素和蜕皮激素处理离体培养家蚕丝腺对丝蛋白基因表达的影响

蜕皮激素(20E)和保幼激素(JH)具有共同调控家蚕丝蛋白合成的作用。将家蚕5龄第3天幼虫的中部和后部丝腺置于含不同浓度20E或JH的培养基中进行离体培养,于培养不同时间通过定量PCR检测丝素蛋白基因及丝胶蛋白基因的表达变化。结果表明,蜕皮激素处理对丝蛋白基因表达的影响,因激素使用剂量和作用时间不同而异;保幼激素处理会抑制丝蛋白基因的表达,尤其对丝素蛋白重链基因Bmfib-H的表达抑制作用更为明显,50 ng/m L JH处理48 h后Bmfib-H的表达水平下调1倍左右;蜕皮激素和保幼激素共同处理比单一激素处理更有助于丝蛋白基因的表达,但用保幼激素先处理丝腺24 h后再用蜕皮激素和保幼激素共同处理,会显著抑制丝素蛋白轻链基因Bmfib-L的表达。试验在排除蚕体内源激素干扰的条件下,从转录水平初步分析了保幼激素和蜕皮激素对家蚕丝蛋白基因表达的调控机制。     

家蚕遗传密码研究

家蚕作为一种模式生物具有宝贵的基因资源,本文利用遗传密码分析软件,对家蚕编码不同蛋白的820余个完全CDS序列、24.8万余个遗传密码子进行了分析,发现家蚕不同蛋白质使用的遗传密码频率有所差异,且不同蛋白质使用遗传密码子的偏好性基本一致。通过对家蚕最终吐出的蚕丝的丝素、丝胶氨基酸含量与蚕丝遗传密码分析的丝素、丝胶氨基酸含量的比对发现,两者不仅有氨基酸种类的差异,而且有氨基酸含量的差异。因此,蚕丝遗传密码分析得出的氨基酸含量可能只是蚕丝蛋白质合成初期的氨基酸水平反映,而家蚕最终吐出的蚕丝蛋白质的氨基酸是通过合成后加工的结果,这提示家蚕丝腺是研究蛋白质合成后加工的极好材料。