家蚕滞育及滞育解除机制研究进展

家蚕是以卵滞育的昆虫,是重要的模式生物,其滞育机制的研究具有重要的科研价值,并与蚕种生产实践密切相关。本文介绍了近年国内外有关滞育及滞育解除机制的研究内容,包括滞育的发生和解除、滞育激素的产生及调节原理,并对滞育及滞育解除机制进行讨论分析。     

家蚕滞育机理研究概况

家蚕滞育激素(DH)是一个由24个氨基酸组成的多肽,其功能、滞育的作用机理、滞育在遗传学及分子生物学方面的研究都比较透彻：滞育激素基因也克隆成功,科学家们还深入研究了基因的结构、表达调控及与家蚕滞育相关的几个酶(酯酶A4、海藻糖酶、山梨醇脱氢酶),本对有关家蚕滞育机理的研究进行了较全面的概述。     

家蚕滞育分子机制的研究

简述了有关家蚕滞育机制的分子生物学研究进展。家蚕的胚胎滞育是由环境条件和遗传性支配的。二化性蚕品种在胚胎中期和晚期经受高温和长光照 ,其结果是下一代胚胎滞育。不同的环境信息被神经分泌细胞“解读”和“受纳”。在特定的环境条件信息下 ,神经分泌细胞产生和分泌滞育激素 (DH)。滞育激素进入卵内 ,调节和建立滞育卵专一的内部环境。其特征是 ,滞育卵中发生有关糖原和山梨醇转换的一系列酶促反应 ,从而实现进入滞育、解除滞育等生理过程。     

家蚕滞育解除相关酶类的研究进展

家蚕是典型的卵滞育昆虫,通过滞育可以使家蚕度过不良的生长环境利于其发育繁殖.滞育的家蚕卵可通过低温冷藏和浸酸等方法解除滞育,使胚胎正常发育.对于家蚕卵滞育解除的分子机理已有不少研究,包括从酶类、蛋白质组学、相关信号通路等方面进行探索.文章主要对近几年来家蚕滞育解除过程中的相关酶类研究进行综述,希望给今后相关研究提供参考.     

家蚕滞育关联基因的研究进展

昆虫滞育是受基因控制与外界环境多种因素影响的生物学过程,涉及基因众多,调控网络复杂,目前其分子机制仍未清晰.国内外滞育调控的相关研究多数基于家蚕、果蝇、麻蝇等模式昆虫.介绍了家蚕滞育关联基因的研究现状及进展,包括分类、生理功能、基因间互作、部分基因涉及的信号通路及研究热点等,为促进其在农林害虫的防治途径或天敌保护利用等...     

盐酸刺激活化家蚕滞育性卵的机理研究进展

盐酸刺激活化家蚕滞育性卵的机理研究是家蚕卵滞育与活化机理研究的一个重要方面。本文综述了浸酸后蚕卵的理化性质变化,如卵壳的通透性,卵内某些酶和激素的活性变化及其对蚕卵滞育性的影响,以及蚕卵对盐酸刺激的接受方式等方面的最新研究结果,还阐述了酸刺激量与蚕卵孵化率的关系。     

盐酸解除家蚕滞育的机理研究

在蚕卵人工孵化法中 ,盐酸、硝酸、硫酸、王水等无机酸都能不同程度的解除家蚕滞育 ,其中以盐酸孵化法成效最佳 ,它不仅可以解除蚕卵滞育 ,而且具有卵面消毒作用。盐酸为什么能解除家蚕滞育呢 ?目前尚无明确报道 ,笔者曾用同Cl 浓度的CaCl2 和HCl作对比试验 ,发现CaCl2 对家蚕滞育解除无效。笔者又用有机酸醋酸与无机酸盐酸作对比 ,进行蚕卵浸渍 ,发现含有H+ 的醋酸完全可以解除家蚕滞育 ,因此认为盐酸的效应离子是H+ ,H+ 可引起细胞膜正负电荷的改变 ,导致细胞膜通透性的变化。H+ 对生物酶的影响 ,主要有两个方面 ,一是影响酶的稳定性 ,二是影响酶的活性 ,且酶的催化作用存在一个最行之有效的 pH值 ,是H+ 的浓度 ,通常是由酶活性中心部位的静电环境或总的表面电荷所决定。     

浸酸孵化法解除家蚕滞育的机理研究(Ⅱ)--醋酸解除家蚕滞育机理分析

在蚕卵人工孵化法中,盐酸、硝酸、硫酸、王水等无机酸都能不同程度解除家蚕滞育,它们都含有H ,为了证实H 对家蚕滞育解除的效应作用,笔者用有机酸醋酸与无机酸盐酸作对比,进行蚕卵浸渍,发现有醋酸完全可以解除家蚕滞育.     

家蚕滞育生物钟蛋白质酯酶A4研究进展

生物钟普遍存在于生物体内，协调肌体的功能。与光感知型昆虫生物钟依赖视叶或脑驱动不同，家蚕的滞育生物钟依赖酯酶Ａ４（ＥＡ４）感知低温、盐酸刺激等信息，从而启动基因，开始 胚胎发育。ＥＡ４由 Ｈｉｓ到 Ｔｙｒ的 １５５个氨基酸残基构成，在 ２２位 Ａｓｎ处有糖基结合，ＥＡ４的测时功 能与自身的结构有关，受多肽抑制因子（ＰＩＮ）调控。ＰＩＮ是蚕卵内的一种由Ｓｅｒ到 Ａｓｎ的 ３８个氨基 酸残基的多肽，从卵特异蛋白质（ＥＳＰ）加工而来。     

家蚕滞育激素受体基因(BmDHR)的分子克隆及定量分析

家蚕滞育激素受体(BmDHR)能特异性地识别滞育激素(DH),参与滞育激素信号的转导,在家蚕滞育发动过程中发挥重要作用。采用RT-PCR方法克隆出BmDHRcDNA,其开放阅读框长1 311 bp,编码436个氨基酸,属于一种G蛋白偶联受体,含有7个跨膜结构域。同源性及系统进化分析表明,BmDHR蛋白序列与玉米夜蛾性信息素合成激活肽受体(HzPBANR)和家蚕性信息素合成激活肽受体(BmPBANR)蛋白序列具有较高的同源性,分别为46.0%和40.9%。定时半定量分析显示,BmDHR基因表达水平在不同条件催青的二化性5龄幼虫、蛹体中存在差异。     

不冷藏或短期冷藏家蚕滞育卵的随时孵化技术研究

研究了家蚕卵产后经过 1～ 7d、10～ 2 0d解除滞育的孵化条件。蚕卵产下后在 2 5℃保护 1～ 7d的未完全滞育卵 ,用 1 0 75kg/L盐酸 ,4 6℃液温分别浸渍 5、10、2 0、2 5、4 0、4 5、5 0、70min ,实用孵化率可以达到 90 %左右。当蚕卵产下后在 2 5℃保护经过 10～ 2 0d时 ,用高温冲击加浸酸的方法可以解除其滞育 ,实用孵化率可达 90 %左右。     

家蚕滞育性卵胚胎发育过程中蜕皮激素和保幼激素含量的变化

测定发现,家蚕滞育卵胚胎发育全过程中,蜕皮激素和保幼激素含量的变化辐度较大,保幼激素含量与胚胎发育进程的关系密切,保幼激素含量又与蜕皮激素含量有关。因此认为,虽然蜕皮激素和保幼激素对胚胎滞育性没有决定作用,但蜕皮激素和保幼激素相互拮抗又相互协调,对滞育激素控制的胚胎发育进程起某种调节作用。     

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。     

家蚕滞育卵中辅酶Ⅰ和辅酶Ⅱ的含量变化

利用苹果酸脱氢酶(MDH)和柠檬酸合酶(CS)串联反应以及葡萄糖-6-磷酸脱氢酶(G6PDH)催化葡萄糖-6-磷酸(G-6-P)脱氢反应,分别测定了家蚕滞育发动、即时浸酸和低温冷藏处理蚕卵辅酶Ⅰ(NAD+)和辅酶Ⅱ(NADP+)的含量。滞育发动时蚕卵NAD+含量显著下降,而即时浸酸和低温冷藏处理使蚕卵NAD+含量显著提高。蚕卵中的NADP+在滞育发动前大量积累,滞育发动时下降,即时浸酸处理后NADP+含量显著提高,在低温冷藏早期其含量进一步提高,低温冷藏处理后期又显著下降。分析上述结果认为,家蚕滞育卵中NAD+和NADP+含量的变化分别与呼吸耗氧量和糖元-山梨醇相互转化密切相关。     

3-氨基三唑与过氧化氢共同处理对家蚕滞育发动的影响

研究有效阻止家蚕滞育发动的措施发现 :在家蚕滞育发动期间 ,仅用过氧化氢酶 (catalase ,CAT)的专一性抑制剂 3 氨基三唑 (3 amino 1,2 ,4 triazole ,AT)处理滞育性蚕卵仍不能阻止家蚕滞育发动 ;但先用AT处理抑制CAT活性后 ,再用H2 O2 处理可有效阻止家蚕滞育发动。     

家蚕滞育卵浸酸后易溶性蛋白的表达差异分析

探明浸酸解除家蚕卵滞育的关联蛋白,可为改进和提高蚕种的人工孵化技术提供理论依据。以经2.5℃冷藏45 d的家蚕品种"7.湘×9.芙"滞育卵为材料,采用双向凝胶电泳和图像分析技术,比较浸酸与未浸酸蚕卵易溶性蛋白的差异变化。在未浸酸蚕卵的双向电泳图谱中共检测到523个蛋白质斑点,其中特异性蛋白质斑点41个;浸酸卵共检测到526个蛋白质斑点,其中特异性蛋白质斑点44个。浸酸与未浸酸蚕卵能相互匹配的蛋白质斑点有482对,匹配率91.897%。经对比分析,浸酸活化后的蚕卵蛋白出现了一些特异性的蛋白质斑点,或某些蛋白质斑点在含量上出现了差异变化。     

滞育发动前家蚕滞育性与非滞育性卵的谷胱甘肽氧化还原循环状态分析

为了调查滞育和非滞育性家蚕卵的谷胱甘肽氧化还原循环在滞育发动前是否存在差异,利用分光光度法检测滞育发动前(25℃中蚕卵产下后0～24 h)滞育与非滞育蚕卵的谷胱甘肽含量和相关代谢酶活性。滞育发动前,滞育性家蚕卵中的还原型谷胱甘肽(GSH)含量、氧化型谷胱甘肽(GSSG)含量、总谷胱甘肽(GSH+2GSSG)含量和GSH/GSSG比值变化不显著,谷胱甘肽S-转移酶(GST)活性变化不显著,但硫氧还蛋白过氧化物酶(TPX)活性下降23%,谷胱甘肽还原酶(GR)活性升高57%;非滞育性家蚕卵中的GSH含量及TPX和GST活性变化不显著,但GSSG含量升高61%,GSH+2GSSG含量升高41%,GSH/GSSG比值下降33%,GR活性下降16%。与非滞育性家蚕卵相比,滞育发动前滞育性家蚕卵中的GSH含量、GSSG含量和GSH+2GSSG含量较低,GSH/GSSG比值较高,TPX活性较低,GST活性无显著差异,GR活性较高。两种蚕卵中都未能检测到谷胱甘肽过氧化物酶(GPX)和硫氧还蛋白还原酶(TrxR)活性。结果表明,滞育发动前滞育性家蚕卵中较低的TPX活性和较高的GR活性共同导致较高的GSH/GSSG比值,使其谷胱甘肽氧化还原循环处于相对还原态。     

低温处理对家蚕滞育卵还原型与氧化型谷胱甘肽比值的影响

还原型谷胱甘肽(GSH)与氧化型谷胱甘肽(GSSG)的比值反映出细胞的氧化胁迫状况。利用分光光度法分别测定家蚕滞育卵持续25℃保护和经5℃低温处理后卵内谷胱甘肽代谢的变化,探讨蚕卵的谷胱甘肽代谢与滞育解除的关系。与持续25℃滞育温度条件下的蚕卵相比,5℃低温解除滞育的处理显著提高了蚕卵总谷胱甘肽含量、GSSG含量和硫氧还蛋白过氧化物酶(TPX)活性,而显著降低了GSH含量以及GSH/GSSG比值。结果表明,低温处理过程中,滞育卵TPX活性显著升高,间接地促进GSH氧化为GSSG,使GSH/GSSG比值显著下降,由此导致蚕卵处于过氧化状态。