野桑蚕、家蚕海藻糖酶基因5''侧翼区的克隆与序列分析

海藻糖是一种双糖,广泛存在于包括细菌、酵母、植物和无脊椎动物在内的生物体内,主要功能是储备生物代谢所需的能源.在昆虫血液中,海藻糖是一种最重要的糖类,具有供给能量和提供合成生物大分子的底物等功能.其功能主要是通过海藻糖酶(Trehalase)的作用来实现的.家蚕海藻糖酶有可溶型和膜固定型两种类型,可溶型主要存在于蛹期中肠,而膜固定型存在于包括卵巢在内的多种组织.这两种类型酶是由同一个基因表达而形成不同的成熟海藻糖酶.海藻糖酶膜固定型存在于向血液面的卵巢膜内,该基因的表达是由滞育激素诱导调控.卵母细胞通过位于膜内的海藻糖酶,将血液中海藻糖降解成葡萄糖,然后吸收到胞内,最后合成糖原,从而导致蚕卵的滞育.从而海藻糖酶基因是从分子水平来解明家蚕滞育机理的一个重要途径.本实验从野桑蚕、家蚕苏@菊×明@虎基因组中分别克隆了野桑蚕和家蚕的海藻糖酶基因的5′侧翼区片段并进行了测序分析,以供进一步的启动子功能研究,现报道如下.     

家蚕滞育激素基因的克隆及在多化性和二化性品种间的表达差异

在之前的试验中给家蚕多化性品种马富(MF)的蛹体注射滞育激素仍无法诱导其产下滞育卵,为探究其原因,从该品种5龄第3天幼虫头部组织克隆了滞育激素基因(Bm DH)的全长c DNA,BLAST比对显示该基因编码氨基酸序列与NCBI数据库中来自家蚕二化性品种大造的Bm DH氨基酸序列(Gen Bank登录号:BAA059713)的相似度为90.1%,但存在差异的序列不包含滞育激素作用的功能区域。运用半定量RT-PCR与实时荧光定量PCR技术检测Bm DH基因在3个不同化性家蚕品种蛹期头部和卵巢的转录水平存在差异,转录水平从高到低依次为二化性家蚕品种C108,多化性品种MF、尼斯塔里;Bm DH在多化性家蚕品种MF的5龄期雌性和雄性幼虫的头部、血液、生殖腺3个组织中有转录,在中肠、丝腺、马氏管、表皮、脂肪体5个组织中没有检测到转录。研究结果初步提示:家蚕无滞育现象可能与体内滞育激素不足有关;但多化性品种MF不能被蛹期体外注射滞育激素诱导产生滞育卵与Bm DH基因的转录表达水平并无直接的关系。     

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。     

中国野桑蚕滞育激素基因的克隆与序列分析

根据家蚕DH PBAN基因序列设计特异引物 ,以中国野桑蚕基因组DNA为模板进行PCR扩增 ,获得了1 5 85kb的目的片段 ,将其克隆进pMD18 T载体 ,测序和同源性比较结果表明 :该片段由 3个外显子、2个内含子组成 ,2个内含子均为典型的GT AG结构 :该片段编码中国野桑蚕滞育激素 (DH)及DH引导肽 ;中国野桑蚕DH及引导肽与家蚕及日本野桑蚕的DH及引导肽氨基酸序列完全相同 ,其基因cDNA序列的同源性分别为 99 3%、97 2 %。研究结果进一步显示了中国野桑蚕与家蚕之间的近缘关系。     

野桑蚕、家蚕LSP基因5''''侧翼区的克隆与序列分析

根据已报道的家蚕朝日×东海的幼虫血清蛋白LSP基因序列设计1对引物,以野桑蚕、家蚕苏·菊×明·虎的基因组DNA为模板,分别克隆了野桑蚕、家蚕苏·菊×明·虎的LSP,基因5’侧翼区,约1.9kb,并进行了序列测定与分析。结果表明:克隆的野桑蚕、家蚕苏·菊×明·虎的LSP基因5’侧翼区涵盖了第一内含子、第一外显子、启动子区及其5’上游区;野桑蚕LSP基因5’侧翼区与朝日×东海LSP,基因5’侧翼区的同源性达96.4％,其中第一内含子、第一外显子的同源性分别为91.6％,100％;家蚕苏·菊×明·虎的LSP基因5’侧翼区与朝日×东海LSP基因5’侧翼区的同源性达98.9％,其中第一内含子、第一外显子的同源性都为100％,核心启动子区具有典型的TATA盒,还有数种昆虫脂肪体内组织特异性表达基因的共有序列和推定的激素响应元件等功能元件;野桑蚕的LSP基因启动子的5’上游区(-304～598bp)与J139家蚕丝素轻链基因第一内含子区域(7639～7933bp)的同源性达90.6％,-913～-1383bp为失活的部分水手转座子元件。     

野桑蚕、家蚕LSP基因5′侧翼区的克隆与序列分析

根据已报道的家蚕朝日×东海的幼虫血清蛋白LSP基因序列设计1对引物,以野桑蚕、家蚕苏*菊×明*虎的基因组DNA为模板,分别克隆了野桑蚕、家蚕苏*菊×明*虎的LSP基因5′侧翼区,约1.9 kb,并进行了序列测定与分析.结果表明:克隆的野桑蚕、家蚕苏*菊×明*虎的LSP基因5′侧翼区涵盖了第一内含子、第一外显子、启动子区及其5′上游区;野桑蚕LSP基因5′侧翼区与朝日×东海LSP基因5′侧翼区的同源性达96.4%,其中第一内含子、第一外显子的同源性分别为91.6%,100%;家蚕苏*菊×明*虎的LSP基因5′侧翼区与朝日×东海LSP基因5′侧翼区的同源性达98.9%,其中第一内含子、第一外显子的同源性都为100%,核心启动子区具有典型的TATA盒,还有数种昆虫脂肪体内组织特异性表达基因的共有序列和推定的激素响应元件等功能元件;野桑蚕的LSP基因启动子的5′上游区(-304～-598 bp)与J139家蚕丝素轻链基因第一内含子区域(7 639～7 933 bp)的同源性达90.6%,-913～-1 383 bp为失活的部分水手转座子元件.     

催青温度对家蚕二化性品种滞育激素受体基因表达的影响及基因的结构特征

家蚕二化性品种的卵滞育与否受上代环境影响,25℃高温明催青将产滞育卵,而15℃低温暗催青将产非滞育卵。为探究催青温度调控二化性家蚕滞育的分子机制,对从家蚕卵巢细胞中克隆的家蚕滞育激素受体基因(Bmdhr)的5种cDNA进行生物信息学分析,结果表明Bmdhr基因的5种cDNA由相同的mRNA转录本通过不同的剪接方式而来,其中Bmdhr mR-NA-1与Bmdhr mRNA-2编码的氨基酸序列相同,Bmdhr mRNA-4编码的氨基酸序列与家蚕滞育激素BmDHR-1的序列相似度达99.2%。将家蚕二化性品种秋丰的蚕卵用蛾区半分法分成2组,分别以15℃暗催青和25℃明催青,利用实时荧光定量PCR分析催青温度对家蚕不同发育时期及蚕体组织中Bmdhr基因mRNA转录的影响。结果显示:Bmdhr mRNA-1主要在蛹期卵巢中表达,在对滞育激素最敏感的化蛹后4 d时,其转录水平急速上升至峰值,并且高温催青的转录水平高于低温催青;Bm-dhr mRNA-4主要在各发育时期的蚕体血液中表达,特别是在高温明催青条件下,其在蛹期血液中的转录水平是低温暗催青的7.7倍,说明BmDHR-4可能是决定家蚕二化性品种卵滞育与否的关键因子之一;Bmdhr mRNA-5在化蛹后2～3 d的卵巢中转录水平高,且低温催青的转录水平高于高温催青,化蛹后3 d其转录水平开始下降,至化蛹后4～5 d 2种催青处理间的转录水平无显著差异。研究结果为阐明家蚕滞育的分子机制积累了实验数据。     

家蚕CIb1基因启动子活性分析

用PCR方法从家蚕基因组DNA扩增了家蚕胰凝乳蛋白酶抑制剂b1基因(CIb1)4个不同长度的启动子片段,构建由其驱动的萤火虫荧光素酶基因报告质粒,在脂质体介导下转染家蚕BmN细胞,体外分析了该基因启动子的活性。结果表明,家蚕CIb1基因启动子在BmN细胞中有微弱的转录活性;野生型BmNPV感染能增强启动子活性;hr3增强的不同长度CIb1基因启动子片段的活性有显著差异,提示转录起始位点上游-74～-1nt包含了启动子的基本元件,而在-687～-465nt、-465～-317nt和-317～-74nt存在着主要的顺式元件。试验结果有助于阐明CIb1的表达调控机理和对家蚕天然性免疫的理解。     

家蚕核型多角体病毒orf61基因缺失对病毒复制和各时期基因转录的影响

orf61是杆状病毒晚期表达的核心基因之一。为了研究家蚕核型多角体病毒(Bm NPV)orf61基因的功能,利用Red重组技术与Bac-to-Bac系统分别敲除和异位补回orf61基因,构建了orf61缺失型病毒orf61-ko-Bacmid以及补回型病毒orf61-reBacmid,然后分别转染家蚕培养细胞Bm N,调查orf61基因缺失对Bm NPV复制和不同时期基因转录的影响。检测orf61基因缺失型病毒转染Bm N细胞液上清中的病毒滴度为0,说明orf61基因缺失导致病毒不能形成有感染活性的芽生型病毒粒子(BV);荧光定量PCR分析orf61基因缺失会显著地降低病毒基因组的复制水平,进而导致病毒各个时期基因转录水平极显著下降(P0.01)。此外,通过体外EMSA试验和构建双荧光素酶报告基因系统,检测ORF61蛋白对多角体蛋白基因polh启动子的调控作用,结果显示该蛋白质是polh基因转录的负调节因子。研究结果有助于深入阐释Bm NPV orf61基因在病毒基因组复制中的作用以及对极晚期表达的多角体蛋白基因polh的转录调控作用。     

家蚕bmo-miR-217对核型多角体病毒(BmNPV)lef-1基因表达的调控作用

昆虫的单链小分子RNA(microRNAs)不仅通过与自身的靶基因互补进行转录后水平调控,从而参与重要的生命过程,并且还可以与病原体靶基因相互作用,在免疫防御方面发挥重要功能。给家蚕5龄眠起幼虫接种家蚕核型多角体病毒(Bm NPV)后72 h,收集蚕体血淋巴提取总RNA用于高通量测序,经克隆验证获得一条由Bm NPV诱导上调表达的家蚕miRNA(bmo-miR-217),用生物信息学方法预测到bmo-miR-217对应的一个病毒靶基因为lef-1。构建bmo-miR-217及Bm NPV lef-1 3'-UTR的表达载体,并共转染家蚕卵巢培养细胞Bm N,于48 h后通过检测细胞的双荧光素酶相对活性,显示出bmo-miR-217可显著下调Bm NPV lef-1基因的表达(P0.05)。已知lef-1是Bm NPV侵染复制的必需基因之一,因此抑制其表达是家蚕先天免疫的一种有效策略。     

家蚕、野桑蚕线粒体Cyt b基因片段序列分析及分子进化研究

以家蚕中系一化地理品种延吉、印度多化品种迈索尔、欧系一化品种法 4 0 8油和中国镇江地区野桑蚕为材料 ,采用PCR技术扩增了其线粒体 (mitochondrialDNA ,mtDNA)细胞色素b(cytochromeb ,Cytb)基因 ,测定其 5′端5 91bp的核苷酸序列 ,并从GenBank中调取中系家蚕品种C10 8、夏芳 ,日系家蚕品种青熟 ,韩国家蚕品种Backokjam和日本野桑蚕的相应序列 ,进行同源性比较 ,发现日系家蚕品种青熟 ,印度家蚕品种迈索尔 ,欧系家蚕品种法 4 0 8油 ,韩国家蚕品种Backokjam和中系家蚕品种C10 8、延吉序列间的同源性最高 ,相互间均为 10 0 % ;日本野桑蚕与各家蚕品种序列间的同源性约 94 %～ 95 % ;中国野桑蚕与各家蚕品种序列间同源性约 98%～ 99%。分子进化树分析显示日本野桑蚕和各家蚕品种相应序列的分歧时间远远早于中国野桑蚕与各家蚕品种序列的分歧时间 ,这是在分子水平上证实家蚕起源于中国野桑蚕的证据之一。     

家蚕P450基因CYP305B1的基因组序列克隆及结构分析

为了研究家蚕P450基因CYP305B1的结构,采用反向PCR技术克隆了家蚕CYP305B1基因的基因组序列,经序列测定,拼接得到家蚕CYP305B1全基因序列,发现家蚕CYP305B1的第1内含子位于5′端非翻译区序列(5′-UTR)中间。将家蚕CYP305B1与野桑蚕P450基因CYP305B1V1序列进行同源性比较的结果表明,二者在5′-UTR上游-400～-770 bp序列间的同源性只有40.4%,序列差异最大的是第1内含子和第6内含子。在第1内含子中,野桑蚕CYP305B1V1在翻译起始密码ATG上游-340之前存在330 bp的插入序列,在-110～-340 bp间二者的同源性也只有46.9%;在第6内含子中,家蚕CYP305B1比野桑蚕CYP305B1V1多了一段约300 bp的插入序列。研究结果有助于进一步探究该基因的转录和调控机制。     

野桑蚕12S rRNA基因的克隆及序列分析

通过PCR技术,对中国山东青州野桑蚕mtDNA的12SrRNA基因进行了克隆和序列分析。结果表明,青州野桑蚕12SrRNA基因为788nt,在DNA水平上,与家蚕12SrRNA基因的同源性达到99%,与中国陕西安康、日本筑波来源的野桑蚕12SrRNA基因的同源性分别为97%、98%;分子进化分析显示,家蚕可能是起源于中国野桑蚕。     

中国野桑蚕和日本野桑蚕的RAPD研究

用RAPD PCR技术初步研究了中国野桑蚕与日本福冈野桑蚕之间的DNA多态性。结果表明 ,不同地域中国野桑蚕个体之间及其与日本福冈野桑蚕个体之间均呈现出丰富的DNA多态性。中国野桑蚕同家蚕共有带率达 3 5 5 % ,同日本福冈野桑蚕为 4 5 1% ,而日本福冈野桑蚕同家蚕为 3 2 % ;中国野桑蚕与家蚕的平均遗传距离为0 5 2 ,日本野桑蚕与家蚕的平均遗传距离为 0 6 3,与中国野桑蚕的为 0 5 8,而且与中国沈阳地区野桑蚕之间的遗传距离最近 ,为 0 4 8,以此创建了它们的系统进化树。     

利用杆状病毒Bac-to-Bac系统在家蚕表达猪繁殖与呼吸综合征病毒的E蛋白和M蛋白

猪繁殖与呼吸综合征病毒(PRRSV)是一种严重危害养猪业的传染性病原。PRRSV病毒的E蛋白和M蛋白基因是开发PRRSV病毒新型疫苗的目标基因。利用杆状病毒Bac-to-Bac表达系统,将PRRSV病毒的E蛋白和M蛋白的基因亚克隆到杆状病毒转移载体pFastBacHTb中,获得重组转移质粒pFastBacHTb-E和pFastBacHTb-M,转化大肠杆菌Bm DH10 Bac感受态细胞,获得重组杆粒BmNPV Bacmid-E、BmNPV Bacmid-M,将这些重组杆粒转染家蚕培养细胞Bm5,获得重组病毒BmNPV-E和BmNPV-M。将2种重组病毒分别接种5龄起蚕,用SDS-PAGE和Western blotting方法在重组Bacmid DNA转染的Bm5细胞和感染重组病毒的家蚕幼虫血细胞中分别检测到分子质量约20 kD和18 kD的E蛋白和M蛋白,表明PRRSV病毒的E蛋白和M蛋白在家蚕培养细胞及幼虫体内获得了表达,为利用家蚕-杆状病毒表达系统研制PRRSV的新型疫苗与诊断试剂奠定了基础。     

野桑蚕线粒体ND5基因及其两端侧翼tRNA基因的克隆与序列分析

应用PCR技术,对中国山东青州野桑蚕mtDNA的ND5基因及其两端侧翼区域进行了克隆和序列分析。结果表明,在所测定的2．2kb左右的片段中,含有ND5基因的完整序列及Phe-tRNA(UUC)、Ser-tRNA(AGC)、Glu- tRNA(GAA)、His-tRNA(CAC)等4个tRNA基因,该片段的基因组结构与家蚕及其它地域来源野桑蚕的基因组结构基本一致,显示蚕类线粒体基因排列的保守性。ND5结构基因在不同家蚕及野桑蚕之间的比对分析表明,它们在核苷酸水平、氨基酸水平的同源性很高,相似性达96%以上。4个tRNA基因的碱基错配率较高,TψC环缺乏相对保守的T-ψ-C-Pu-A序列,各臂的碱基配对数、各环碱基数目变化较大。以ND5基因的核苷酸序列及氨基酸残基序列进行了家蚕及野桑蚕的分子进化分析,进一步证明家蚕起源于中国野桑蚕。     

家蚕和野桑蚕酚氧化酶原基因的组织表达差异比较

酚氧化酶在昆虫体液免疫反应中起着非常重要的作用。根据GenBank中登录的家蚕和野桑蚕酚氧化酶原基因cDNA序列设计特异引物,用半定量RT-PCR方法检测了家蚕和野桑蚕各组织中酚氧化酶原基因(PPO1和PPO2)的表达谱,发现该基因在家蚕和野桑蚕组织中的表达差异较大,且具有明显的组织特异性。家蚕PPO1基因只在血液中被检出有很高的表达,而野桑蚕PPO1基因在血液和头部中均有表达,且在血液中的表达量最高;PPO2基因在家蚕组织中的表达量从高至低顺序为血液、脂肪体、卵巢、头部、表皮、精巢、中肠和丝腺,而在野桑蚕组织中的表达量从高至低顺序为血液、头部、中肠、表皮、精巢、卵巢和脂肪体,在丝腺中没有被检出有表达。推测可能是由于起源于野桑蚕的家蚕在长期的驯化及人工选择过程中引起了酚氧化酶原基因功能的变化。     

野桑蚕和家蚕的环境适应性比较研究

野桑蚕和家蚕对不同组分人工饲料的食性比较研究表明 ,野桑蚕不取食无桑叶粉的人工饲料 ,4 8h不出现疏毛现象 ,其食性较家蚕单一。以完成虫态的积温研究二者对气象环境的适应性 ,发现野桑蚕对气象环境的适应性较家蚕强 ,野桑蚕完成不同虫态所需的有效积温较稳定。对野桑蚕和家蚕添食农药和紫外辐照处理 ,结果表明野桑蚕对不良的环境的耐受性较家蚕强 :添食相同浓度的农药 ,家蚕全部中毒死亡 ,而野桑蚕却部分存活 ,且正常化蛹 ;紫外线辐照可使野桑蚕提前老熟营茧