家蚕Met1基因的表达与组织定位分析

选择家蚕基因组中与果蝇Dm Met(Methoprene tolerant protein)同源的基因Bm Met1进行研究。预测Dm Met和Bm Met1的结构域均是一个b HLH-PAS(basic helix-loop-helix Per-ARNT-SIM)型转录因子,具有典型的DNA结合结构域。在原核系统表达获得了Bm Met1蛋白并制备了抗体。qRT-PCR和Western blotting检测结果显示,无论是Bm Met1基因mRNA的转录还是Bm Met1蛋白的表达,在家蚕5龄中后期和吐丝期的翅原基组织中都呈现较高水平,而在蛹期呈现较低的水平。通过免疫组织化学方法分析Bm Met1的组织定位,结果显示该蛋白质在5龄第6天和吐丝期家蚕胸节表皮、脂肪体及翅原基等组织中都有较高水平的表达,在蛹期上述部位和组织的表达水平较低。分别将蜕皮激素(20E)和保幼激素类似物(Methoprene)按照2μg/头的剂量注射到5龄第3天幼虫第2~3胸节间,qRT-PCR检测幼虫翅原基组织中的Bm Met1受到Methoprene的诱导上调表达,且在处理2 h后表达水平最高。上述结果暗示Bm Met1可能参与了保幼激素对家蚕翅原基生长分化的调控。     

家蚕翅原基发育关联基因BmHMGS的鉴定与表达特征分析

家蚕幼虫的翅原基最终发育为成虫的翅,翅原基发育与家蚕的变态发育紧密关联。为了研究激素作用下家蚕翅原基发育的分子调控机制,以经过蜕皮激素20E体外诱导培养和未经诱导培养的家蚕5龄幼虫翅原基为材料分别提取总蛋白质,利用Shotgun质谱分析在20E诱导组的翅原基中获得132种差异蛋白,在未经20E诱导组的翅原基中获得76种差异蛋白。进一步通过生物信息学技术及GO分类法在20E诱导组的翅原基的差异蛋白中,筛选到1个具有生物调节作用的酶类蛋白基因Bm HMGS作为翅原基发育相关的候选基因,设计引物并以上蔟1 d的蚕体翅原基总RNA反转录得到的c DNA为模板,克隆了该基因。通过qRT-PCR检测到Bm HMGS基因在幼虫5龄1 d、上蔟3 d、蛹期1 d蚕体内的表达量较高,其中在上蔟3 d的表达量达到峰值。构建重组载体进行Bm HMGS的原核表达并制备抗体后,采用Western blot技术在5龄1~7 d和上蔟1~3 d的蚕体翅原基、脂肪体中及上蔟1~3 d的生殖腺中都可以检测到Bm HMGS的表达,并且在翅原基中的表达没有发育时期特异性。研究结果表明,从20E诱导组的家蚕翅原基中鉴定的Bm HMGS与翅原基发育相关,其表达在5龄至上蔟阶段没有时期和组织的特异性,推测Bm HMGS是一个具有多种生物学功能的基因。     

家蚕翅原基发育的研究进展

家蚕翅原基在幼虫期生长缓慢,从五龄开始至蛹期,翅原基的形态发生了巨大的变化。造成这些变化的原因是蜕皮激素和保幼激素的作用导致了一系列翅原基发育相关基因的转录、表达水平的改变。翅原基易于摘取,体外培养的技术方法也已经很成熟,这对于研究翅原基的发育是很好的条件,基于翅原基是个很好的研究材料,很多学者为揭示翅原基的发育过程做了大量的实验研究。     

家蚕模式识别受体PGRP、βGRP编码基因的克隆鉴定及表达谱分析

模式识别受体(PRR)是生物体先天免疫系统中免疫受体的代表,对生物体的生存极为重要。克隆鉴定了家蚕的14个模式识别受体编码基因,包括10个肽聚糖识别蛋白(PGRP)基因和4个β-葡聚糖识别蛋白(βGRP)基因,并得到了BmPGRP-S3、BmPGRP-S4和BmPGRP-L5的完整编码序列。家蚕PGRP的长型和短型亚家族都具有典型的酰胺酶活性结构域,短型亚家族具有信号肽,长型亚家族则没有信号肽。5个PGRP长型亚家族基因成簇分布于第1号染色体;5个PGRP短型亚家族基因中有2个分布于第9号染色体,有3个分布于第16号染色体。家蚕βGRP家族成员都具有信号肽,其中BmβGRP1-3成簇分布于第11号染色体,编码蛋白不具有典型的葡聚糖结合结构域;BmβGRP4独立分布于第22号染色体,编码蛋白具有典型的葡聚糖结合结构域。基因芯片数据分析表明,BmPGRP-L5和BmβGRP1在5龄第3天幼虫各组织中没有表达,其余12个模式识别受体基因为多组织表达,但在丝腺组织中均无表达。在这12个模式识别受体基因中,BmPGRP-L3等6个模式识别受体基因在中肠组织中的表达水平偏高;BmβGRP3、BmβGRP4和BmPGRP-L3、BmPGRP-L4等在家蚕生殖腺中的表达水平较高。在生殖腺以外的其他各组织中,这12个基因的表达不具有雌雄差异性。BmβGRP1在家蚕各发育时期没有表达,BmPGRP-L5主要在变态发育的转折期表达,其余12个模式识别受体基因在各发育时期均有表达,并从5龄第3天幼虫到上蔟第2天有较高水平的表达,雌雄个体间无表达差异性。由此说明这些模式识别受体基因的表达具有一定的组织性和发育时期性。给人工饲料无菌饲养的家蚕5龄第3天幼虫分别添食大肠杆菌、家蚕黑胸败血菌和家蚕白僵菌,对免疫诱导3、6、12和24h的家蚕进行个体水平的实时荧光定量PCR检测,发现PGRP长型亚家族基因BmPGRP-L1、BmPGRP-L3和短型亚家族基因BmPGRP-S1-3均能被这3种微生物诱导上调表达;βGRP基因家族中的BmβGRP3、BmβGRP4也能被3种微生物诱导上调表达。同时对诱导12h时家蚕各组织中14个家蚕模式识别受体基因的表达谱进行分析,结果显示经3种微生物分别诱导后,家蚕头部组织中BmβGRP2、BmβGRP4、BmPGRP-L2和BmPGRP-S1、BmPGRP-S3-5均上调表达;表皮、中肠和脂肪体中仅有BmβGRP3、BmPGRP-L4等少数模式识别受体基因上调表达。     

家蚕周期蛋白A基因(BmcyclinA)的克隆和表达谱分析

周期蛋白A(cyclinA)能分别与2种重要的周期蛋白依赖性激酶cdk1和cdk2作用,推动细胞周期的正常进行。利用家蚕基因组数据和分子生物学方法克隆了cyclinA基因在家蚕中的同源物BmcyclinA(GenBank登录号:FJ619105),发现了BmcyclinA基因的另一种错误剪接形式BmcyclinA-1。BmcyclinA基因位于家蚕第13号染色体,由7个外显子和6个内含子组成,其完整开放阅读框为1 533 bp,编码511个氨基酸,在248th-450th氨基酸区域存在2个保守的周期蛋白框。BmcyclinA-1仅能编码正常cyclinA蛋白N端的153个氨基酸残基。RT-PCR分析显示BmcyclinA基因在家蚕整个胚胎发育时期及5龄第3天各组织中均有表达,并且在幼虫精巢中的表达相对较高。     

家蚕追寄蝇孵化酶的基因克隆与特性分析

家蚕追寄蝇寄生于家蚕幼虫引起的蝇蛆病危害蚕业生产。为从分子水平研究家蚕追寄蝇的孵化机制,以发育1.5 d的蝇卵为材料,结合RACE技术获得家蚕追寄蝇孵化酶基因的全长cDNA,命名为EsHE(GenBank登录号：ON042475)。EsHE基因cDNA全长1 507 bp,包含159 bp 5′UTR、412 bp 3′UTR和936 bp的完整ORF,编码311个氨基酸;EsHE蛋白序列含有孵化酶特征序列HELMHVLGFMHE(锌结合基序)和YDYGSVMHY(Met-转角基序);系统进化树分析显示,家蚕追寄蝇与丝光绿蝇的孵化酶亲缘关系最近。qRT-PCR检测EsHE基因在家蚕追寄蝇卵期的表达模式,发现在卵产后36 h EsHE表达量开始大幅上升,至孵化前的48 h达到最高水平;且在3龄幼虫中肠组织高水平表达。这些结果暗示EsHE与家蚕追寄蝇的胚胎发育和孵化密切相关,还可能参与幼虫期的食物消化、蛋白质代谢等生物学过程。通过以家蚕追寄蝇基因组DNA为模板扩增发现,EsHE基因含有1个内含子(2 638 bp)和2个外显子(第1外显子1 005 bp,第2外显子502 bp),基因结构...     

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。     

家蚕保幼激素信号途径中转录因子BmKr-h1的基因克隆与表达分析

Krüppel homolog 1(Kr-h1)是含有C2H2锌指结构的转录因子,在昆虫变态发育中起重要作用。从家蚕5龄第3天幼虫的表皮中克隆了Bm Kr-h1基因,该基因全长c DNA为1 918 bp,其中开放阅读框1 047 bp,GC含量42.2%,编码348个氨基酸。氨基酸序列比对分析发现大部分昆虫物种的Kr-h1都含有8个锌指结构,暗示该蛋白质的功能具有一定的保守性。通过生物信息学方法预测Bm Kr-h1不含信号肽和糖基化位点,但含有19个可能的磷酸化位点,暗示其活性可能受到磷酸化和去磷酸化修饰的影响。利用原核表达系统表达获得了可溶的Bm Kr-h1蛋白并制备了抗体。Western blot和半定量RT-PCR检测的结果显示,不论在mRNA水平还是蛋白质水平,Bm Kr-h1在家蚕幼虫5龄初期和吐丝期的翅原基都有较高水平表达,而在蛹期的表达量较低。用保幼激素(JH)类似物Methoprene和蜕皮激素(20E)分别注射家蚕5龄第3天幼虫,发现2种激素均能诱导蚕体内Bm Kr-h1的表达上调。免疫组织化学结果显示,Bm Kr-h1在5龄第3天幼虫各组织中的表达量很低,而在吐丝期的中肠、脂肪体和表皮中都有一定水平的表达,暗示其可能参与家蚕蜕皮变态的过程。上述结果表明Bm Kr-h1可以响应JH和20E的诱导,提示其在家蚕的变态发育中发挥作用。     

家蚕细胞色素P450基因CYP6AE2的分子克隆与序列分析

为了在分子水平上研究家蚕(Bom byx mori)细胞色素P450基因的特性,更好地探讨该基因与家蚕抗性的相关机制,依据已有的家蚕基因组数据,通过BLASTP比对,选择与抗性相关的6家族中含有预测基因数量最多的CYP6AE亚家族的1条序列,并设计1对引物,用RT-PCR方法克隆了家蚕细胞色素P450家族基因CYP6AE2(Gen-Bank登陆号:EF415296)。该基因的ORF为1 572 bp,编码523个氨基酸,推定的蛋白质分子质量为60.2 kD,等电点为8.50。将该基因的cDNA和家蚕基因组序列比对,结果表明该基因只有1个内含子;与已知的同亚家族基因CYP6AE1(欧洲防风草结网毛虫Depressaria pastinacella)、CYP6AE12(棉铃虫Helicoverpa armigera)编码的氨基酸序列比对,同源性同为53%。     

家蚕细胞色素P450基因CYP9A22的克隆及在中肠和脂肪体的诱导转录

细胞色素P450对昆虫的生长发育、环境适应性以及抗药性具有重要作用。为了探讨氯氰菊酯对家蚕(Bombyxmori)细胞色素P450基因转录的诱导作用,采用RT-PCR技术和cDNA末端快速扩增(RACE)策略,从家蚕5龄幼虫克隆到细胞色素P450基因CYP9A22(GenBank登录号:EF535804)。CYP9A22基因的cDNA编码区长1 596 bp,编码531个氨基酸,推定的蛋白质分子质量为61 kD,等电点为7.71。将该基因的cDNA和家蚕基因组序列比对,有9个内含子;与已知的CYP9家族的棉铃虫(Helicoverpa armigera)CYP9A14基因的相应氨基酸同源性达到62.3%。用半定量RT-PCR方法分析氯氰菊酯诱导家蚕CYP9A22表达水平,结果表明:CYP9A22的mRNA转录表达具有组织特异性,在中肠的表达量高于脂肪体;氯氰菊酯诱导家蚕24 h,在其脂肪体的表达量是未诱导家蚕脂肪体的3.1倍,初步推测CYP9A22的过量表达可能与抗药性有一定关系。     

家蚕微粒体 GST 的鉴定与序列分析

微粒体 GSTs(microsomal glutathione S-transferases,mGSTs)是广泛分布于动物、植物、细菌等生物体中的多功能酶类,具有对药物解毒和抗氧化等功能。作为一类膜蛋白,在研究手段上难于胞质型 GSTs(cytosolic GSTs),迄今为止在昆虫中较少展开功能研究。本研究在基因组水平对家蚕 mGSTs 进行了分析,共鉴定出 BmmGST1和 BmmGST2两个基因,它们位于家蚕15号染色体,呈串联排列,无内含子插入。BmmGST1和 BmmGST2编码的蛋白分别含有151和150个氨基酸残基,分子量为16.9 kD 和16.7 kD。进化分析表明,家蚕 mGSTs 可能是由于世系特异扩增而产生的两个拷贝。分析表达序列标签证实 BmmGST1在5龄3 d 幼虫的翅原基、丝腺和卵巢组织表达。基于组织和发育时期芯片,BmmGST2在各组织和发育期均有表达信号。家蚕与其他昆虫、大鼠的 mGSTs 序列高度保守,是否也有类似于哺乳动物中的功能值得进一步研究。     

家蚕含染色质域基因Bm-msl3的克隆和转录活性检测

染色质域是从酵母到哺乳动物的真核生物中普遍存在的一个保守的基因元件,参与染色质重组和基因表达调节。根据NCB I登录的果蝇和人的MSL3序列以及家蚕的基因组与EST数据库克隆了家蚕含染色质域的基因Bm-msl3(GenBank登陆号:DQ887343)。该基因mRNA序列全长2 356 bp,在2 168 bp处有1个AAATATTA加尾信号,基因的编码区长1 665 bp,包括13个外显子。推定的蛋白质编码554个氨基酸,序列的N端含有一个保守染色质域。RT-PCR检测表明该基因在所调查的家蚕发育时期和组织中均有表达。     

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。     

环境激素壬基酚对体外培养家蚕造血器官的影响

目的:为探讨环境激素对鳞翅目昆虫组织的影响及其利用途径,研究了壬基酚(NP)对家蚕造血器官和翅原基的影响。方法: TC-100培养基中添加对壬基酚(NP),悬滴培养方法体外培养家蚕5～3d幼虫造血器官和翅原基。结果:0．016mmol/L的NP,造血器官和翅原基的发育变慢,造血器官分泌血球数量减少、分泌时间延迟;NP达0．032mmol/L,培养144h内部分组织发黑死亡、无血球分泌;0．128mmol/L的NP,96h后大部分组织萎缩死亡,培养144h无血球分泌。结论:家蚕幼虫造血器官接触NP后,首先影响血球分泌功能,进一步导致造血器官萎缩死亡,对翅原基的不良影响也导致器官萎缩死亡。NP对造血器官和翅原基的影响都有明显的浓度效应。     

家蚕核型多角体病毒(BmNPV)lef-11基因在病毒感染宿主细胞中的表达特征

杆状病毒晚期表达因子(late expression factor,LEF)是参与病毒基因组DNA复制和病毒基因转录调控的一个重要家族,该家族成员LEF-11为13 k D的小分子蛋白质。通过比对目前已经测序的63种杆状病毒基因组序列,发现LEF-11的编码基因lef-11在除宿主为双翅目昆虫的Cuni NPV外的所有杆状病毒基因组中都存在,暗示lef-11基因可能在包括家蚕核型多角体病毒(Bombyx mori nucleopolyhedrovirus,Bm NPV)在内的杆状病毒复制过程中行使重要功能。通过RT-PCR检测和Western blotting分析lef-11基因及其编码蛋白质在Bm NPV侵染的家蚕卵巢培养细胞Bm N中的转录与表达时相,其转录本从侵染后6h开始持续表达,蛋白质从侵染后12 h开始持续表达。当利用DNA聚合酶特异抑制剂阿非迪霉素(aphidicolin)阻断Bm NPV病毒基因组DNA复制之后检测LEF-11的表达受到抑制,暗示LEF-11的表达起始于病毒DNA复制之后。以上结果表明:BmNPV lef-11基因在杆状病毒中非常保守,是一个晚期表达基因,可能不直接参与病毒的起始复制,而是参与病毒的大规模复制过程。     

家蚕类mariner转座子相关序列分析

通过PCR克隆,从家蚕基因组中获得大小为975bp的DNA片段(登录号:EU352872),Blast搜寻结果显示,该片段DNA序列的52-449nt区域与野蚕mariner-like元件DNA(登录号:AB237562)的同源性达90%,推测为家蚕类mariner转座子相关序列,在乙酰胆碱酯酶基因的第5内含子、微卫星S1104-R序列、BmBRC-NZ3 mRNA终止码的下游序列、ErB·1基因的内含子均检测到家蚕类mariner元件相关序列的同源区,暗示家蚕类mariner元件在家蚕基因组中发生了多次转座,并在家蚕基因组的不同区域随着进化发生了歧化。     

家蚕质型多角体病毒感染应答的假定蛋白基因全长cDNA克隆与表达特征分析

在感染家蚕质型多角体病毒(BmCPV)的家蚕中肠组织中发现一个差异表达的假定蛋白基因。利用cDNA末端快速扩增(RACE)技术克隆了该假定蛋白基因的全长cDNA。用生物信息学方法进行基因序列与结构分析表明:该基因全长cDNA序列为486bp,包含108bp的5′端非翻译区序列(5′-UTR)和153bp的3′端非翻译区序列(3′-UTR),开放阅读框(ORF)为225bp,编码74个氨基酸,蛋白分子质量为6.888kD,等电点为5.27;该基因由3个外显子和2个内含子组成,ORF位于第2外显子内,编码蛋白含二次跨膜结构,多肽链表现为疏水性,在多肽链上的第15～16氨基酸残基可能是信号肽的切割位点。RT-PCR结果显示该基因在家蚕5龄幼虫的丝腺、血液、脂肪体、生殖腺及中肠组织中均有表达;荧光定量PCR结果表明该基因在感染Bm-CPV的家蚕中肠组织中的表达水平为正常家蚕中肠组织的6.28倍。研究结果为进一步解析该基因的功能奠定了基础。     

家蚕葡萄糖-甲醇-胆碱氧化还原酶家族基因BmGMCβ2的克隆及序列与表达分析

葡萄糖-甲醇-胆碱氧化还原酶(glucose-methanol-choline oxidoreductases,GMC)家族是昆虫体内一大类以黄素腺嘌呤二核苷酸(FAD)为辅酶的氧化还原酶类,家蚕基因组中含有43个GMC家族基因。以家蚕5龄幼虫cDNA为模板克隆到一个家蚕GMC家族基因,命名为BmGMCβ2(GenBank登录号:JQ965926)。该基因cDNA全长1 875 bp,编码624个氨基酸,预测蛋白质分子质量为69.3 kD,pI为6.21,定位于家蚕16号染色体的nscaf3058上,编码蛋白质含GMC家族共有的ADP-bindingβ-α-β折叠结构域。系统发育分析表明该基因是家蚕GMC家族β亚家族基因成员。RT-PCR检测家蚕不同发育时期和5龄第3天幼虫不同组织中BmGMCβ2基因mRNA转录水平,以5龄盛食期最高,并且主要在表皮、脂肪体和气管中转录表达;Westernblotting分析BmGMCβ2蛋白主要在5龄第3天幼虫的脂肪体中表达。将BmGMCβ2克隆到原核表达载体pET-28a(+)中,转化E.coli BL21表达菌株,IPTG诱导表达BmGMCβ2融合蛋白,通过His-亲和层析得到纯化的融合蛋白并制备多克隆抗体,为后续研究该蛋白在家蚕生长发育过程中的功能奠定了基础。     

家蚕翅原基的一些发育规律研究

为进一步解明家蚕的生长发育机制 ,调查了家蚕 5龄幼虫及蛹期翅原基的大小和形态变化 :翅原基在 5龄前期生长缓慢 ,变态前生长最快 ,2～ 3d及 8～ 11d为形态变化最大的两个时期 ;蛹期翅芽基本不变 ,3d始见初生鳞毛 ,5d时已经呈浓密的毛状 ,8d时翅面鳞毛发育成柳叶状 ,之后逐渐出现分叉 ,9d花纹清晰可见 ,化蛾后翅面鳞片呈现棕榈叶状。进行翅原基摘除和异位移植发现 :4个翅原基全部摘除后家蚕仍能正常生长并发育成蛹和具有交配及产卵能力的蛾 ,表明家蚕血球和造血器官有很强的再生能力 ,家蚕血球细胞的生成可能具有更复杂的机制 ,由此证明了家蚕翅原基异位移植的可行性。     

家蚕地方品种线粒体基因组A+T丰富区的序列及分子进化分析

为了研究家蚕线粒体基因组A+T丰富区的结构和家蚕品种的进化,用PCR方法扩增了12个家蚕(Bombyxmori)地方品种线粒体基因组A+T丰富区及其侧翼序列,分离纯化后克隆到pMD18-T载体进行测序。序列分析表明,克隆片段长度约1.1 kb,基因排列顺序与C108线粒体相同,依次为12S rRNA基因3′端、A+T丰富区、tRNAMet、tRNAIle、tRNAGln和ND2基因5′端,在tRNAGln和ND2基因之间有47 bp的非编码区。以日本野桑蚕(Bombyxmandarina)为外群,用Phylip软件包构建了基于12个家蚕品种线粒体基因组A+T丰富区序列的NJ进化树。结果显示,甘肃种单独聚为一群,其进化早于其它11个品种聚成的类群,说明甘肃种是供试家蚕品种中进化最早的品种。这一结果在分子水平上为黄河流域是家蚕品种的发祥地之一提供了证据,也进一步支持了家蚕品种的中国起源说。对A+T丰富区及其侧翼基因的结构分析表明,家蚕线粒体12S rRNA和ND2基因都十分保守,14个品种统计只分别发生1个和2个碱基转换;A+T丰富区中(A+T)比例高达94.9%以上,第27 nt开始有1个T-串结构,长度为16~19 bp不等;同时还根据3个tRNA基因的核苷酸序列推定了其二级结构。