家蚕类胰岛素信号通路及其功能的研究进展

胰岛素(insulin)及其信号传导途径在细胞中发挥调节糖、脂肪和蛋白质代谢,影响生物的生长、代谢、生殖、衰老等功能[1]。自首个昆虫类胰岛素—家蚕素(Bombyxin)在家蚕体内被发现以来,其结构、分布、调控基因、分泌控制及其在生理学上的功能已部分被阐明。家蚕素一级结构与人胰岛素大约有40%的同源性,主要在家蚕脑组织中表达,其代谢调控作用等相关研究已取得较大进展。本文将在相关文献基础上对家蚕素信号通路及其在调控家蚕代谢、生长及发育的研究进展上做一综述。     

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。     

家蚕胰岛素受体类似基因挖掘及在限食模型中的表达特征

家蚕素是家蚕胰岛素相关肽,与其受体(IR)结合激活胰岛素信号转导(IIS)途径。利用生物信息学方法,挖掘出具有胰岛素受体类似结构域的家蚕基因Ir-lp,其ORF长2 658 bp,编码885个氨基酸残基,蛋白质分子质量100.3 kD,pI为6.93,与果蝇等昆虫的同源蛋白保守区域高度一致,NJ法分子进化分析显示家蚕IR-LP与昆虫胰岛素受体相关蛋白同源,但是家蚕Ir-lp编码蛋白缺少胰岛素受体酪氨酸激酶催化结构域,基因表达特征也与已知的家蚕Ir有显著差异。建立家蚕限食模型,调查限食后家蚕8个组织中Ir-lp与Ir表达变化的差异,探讨Ir-lp基因与IIS途径的关系,结果显示长期限食使得Ir-lp与Ir在脂肪体、性腺和表皮中上调表达,在马氏管中下调表达,其中Ir-lp的表达量变化幅度较大。综合分析,IR-LP可能在家蚕胚胎期、蛹期、蛾期等特定发育时期通过与IR竞争结合家蚕素来有效调控能量利用效率。     

家蚕类胰岛素肽的结构及信号传导与作用

胰岛素(insulin)及其信号传导途径具有多种生物学效应,在调节生物的生长、代谢、生殖以及衰老等过程中起到非常重要的作用。国内外学者的研究表明:家蚕素(bombyxin)是无脊椎动物中首个被鉴定的类胰岛素肽,分子质量5kD,为异二聚体分子,与人胰岛素的氨基酸组成约有40%的同源性,家蚕素基因为基因组多拷贝基因,已发现的32个家蚕类胰岛素肽家族基因都无内含子,分成7个亚族,集中在基因组的3个片段,并以3种特有的基因排列模式排列;家蚕素基因主要在脑组织表达,在其他组织的表达量较低;家蚕素由脑中央背部的4对大型神经分泌细胞合成,通过神经轴突运送至对侧的咽侧体,然后释放到血淋巴液中,是一种由超日振荡放电节律所控制的分泌模式;家蚕素参与了糖代谢调控,有促进翅芽和造血器官细胞增殖,调控前胸腺分泌活性等作用。家蚕素信号通路的Pi3k60、Pdk、InR和Akt同源基因已相继被克隆,其中Akt编码的蛋白保守性最强,并能被商业化供应的抗哺乳动物丝氨酸-苏氨酸激酶(AKT)和磷酸化AKT抗体识别,为家蚕素信号系统研究提供了便利。鉴于家蚕变态和能量代谢等诸多特点,以家蚕作为模式生物研究胰岛素及其信号传导途径具有独特优势。     

dsRNA对家蚕核型多角体病毒复制增殖的抑制效果

以家蚕核型多角体病毒(BmNPV)复制必需的极早期基因ie-1和细胞释放型病毒CRV入侵关键基因gp64为靶序列,分别人工设计并体外转录出dsRNA I1(438 bp)和dsRNA G1(337 bp),用家蚕培养细胞BmN研究目标dsRNA对BmNPV复制、增殖的抑制效果。结果表明:dsRNA I1能有效地抑制BmNPV在BmN细胞中的增殖,最大抑制效果使培养液中的病毒滴度(TC ID50)比对照降低了104.30倍;dsRNA G1能显著地抑制新形成的病毒粒子的细胞侵染能力,最高可使培养液中的病毒滴度降低103.17倍。     

家蚕核型多角体病毒增殖关键基因的鉴定

选择家蚕核型多角体病毒(Bm NPV)基因组中可能与病毒增殖相关的8个基因dbp、lef-2、lef-3、lef-7、lef-10、lef-11、p143和vp1054作为候选基因,利用家蚕内源性microRNA骨架构建候选基因的干扰载体,并采用RNA干扰(RNA interference,RNAi)技术对上述候选基因进行干扰试验,筛选病毒增殖的关键基因,以期为开辟家蚕抗Bm NPV研究新路径打下基础。对8个候选基因的RNA干扰试验显示:干扰lef-7对Bm NPV的增殖没有明显影响;对lef-2和lef-11表达的干扰效率最高,达到90%以上,其中干扰lef-11后病毒对细胞的感染率仅为9.16%,远远低于对其他基因干扰后的感染率。依据试验结果初步确认8个病毒增殖相关基因中,lef-11对病毒增殖的影响最大。     

2种家蚕蛋白酶抑制剂的重组表达及产物对胰岛素口服吸收的影响

口服胰岛素(INS)治疗糖尿病存在因胃肠道的蛋白酶而发生药物降解的问题。从家蚕蛹中分离了Bm Kazal、Bm CP82种蛋白酶抑制剂,设计其编码基因引物序列克隆2个目的基因,构建重组表达载体p ET28a-Bm Kazal和p ET32a-Bm CP8在大肠埃希菌(Escherichia coli)中表达并纯化了重组Bm Kazal和Bm CP8蛋白。将这2种蛋白酶抑制剂与INS混匀制成INS口服悬液给小鼠灌胃,研究其对INS口服吸收的影响。试验结果表明:按1.5 IU/kg剂量皮下注射INS的对照组小鼠,血药达峰浓度C_(max)为(7.56±1.40)m IU/L,达峰时间T_(max)为1 h;口服0.5μg/μL Bm CP8+15 IU/kg INS组、0.5μg/μL Bm Kazal+15 IU/kg INS组、0.5μg/μL Bm CP8+0.5μg/μL Bm Kazal+15 IU/kg INS组小鼠的血药达峰浓度C_(max)分别为(6.07±0.51)、(7.12±0.89)、(9.20±2.00)m IU/L,达峰时间T_(max)均为3 h;而按15 IU/kg剂量单纯口服INS对照组小鼠的血药浓度一直维持在4.32 m IU/L左右。以上结果说明Bm CP8、Bm Kazal能够协同INS经小鼠胃肠道口服吸收入血液,而且二者联合使用效果更好,使小鼠体内对INS的口服生物利用度由1.51%提高至4.17%,有促进小鼠对胰岛素口服吸收的作用。     

家蚕A型咽侧体抑制激素对白僵菌感染的抑制作用

家蚕是鳞翅目昆虫的代表,具有重要的经济价值和昆虫免疫机制研究价值.球孢白僵菌(Beauveria bassi-ana)作为致病力最强、危害最严重的病原真菌之一,其感染引起的家蚕真菌病常给养蚕业带来严重损失.如何有效防治该病的发生一直是重要的研究课题.我们前期研究中发现在球孢白僵菌感染的家蚕中A型咽侧体抑制激素(A ty...     

家蚕类胰凝乳蛋白酶基因的发掘与表达特征分析

类胰凝乳蛋白酶(CTLP)是鳞翅目昆虫幼虫中肠中的主要蛋白酶。基于构建的家蚕中肠等组织差异表达基因的SSH文库,发掘和克隆了一条新的家蚕类胰凝乳蛋白酶基因Ctlp(GenBank登录号:JQ081296)。该基因定位于18号染色体nscaf2901,靠近端粒,有5个外显子和4个内含子,全长cDNA序列976 bp,ORF为840 bp,编码279个氨基酸残基,信号肽序列1～18 aa(分值0.985),1～20 aa和50～100 aa区域为2个由内到外的跨膜螺旋,推测蛋白质相对分子质量为29 780.10,pI为8.75,蛋白质功能域(保守区)和分子进化分析显示其为丝氨酸蛋白酶家族的类胰凝乳蛋白酶。家蚕Ctlp基因具有在5龄幼虫中肠特异性高表达和伴随进食量增加而上调表达的特征,同时也具有性别差异性和熟蚕期特异性上调表达的现象,暗示CTLP可能具有促进消化以外的功能。构建pET32a-ctlp重组表达载体,SDS-PAGE分析和Western blot鉴定结果显示,重组蛋白在原核表达系统中的表达量较低。     

siRNA 介导的家蚕ABC转运蛋白相关基因的干涉研究

由siRNA(smallinterferingRNA)介导的RNAi作为一种工具已被广泛用于基因功能研究中,并有望应用于生物体疾病的防治方面。通过显微注射,在家蚕中以siRNA介导的方式,对家蚕ABC转运蛋白(ATPbindingcassettetransporter)系列相关基因(Bmwh1,Bmwh2,Bmwh3)进行了siRNA干涉研究,在部分基因中得到了高效特异的干涉现象。结果初步证实正义链3′碱基错配的siRNA也具有显著的干涉效果。实验还显示了siRNA较之于dsRNA介导的RNAi更具有优势,表明siRNA介导的RNAi可作为基因功能分析和未来的基因操作手段在家蚕的研究中应用。     

家蚕丝胶基因研究概况

丝胶是茧丝的重要组成部分,起着胶粘和保护丝素的作用,同时在很多领域有着潜在应用。编码丝胶蛋白的主要有3个丝胶基因Ser1、Ser2和Ser3,都是在中部丝腺中被特异表达。Ser1基因的启动子上游存在3个转录调控位点:SA、SB和SC,转录因子SGF-1和SGF-3分别与SA和SB、SC结合对Ser1基因的表达进行调控。Ser1只在中部丝腺后部的150个细胞中表达,Ser2在5龄起始的时候在所有的中部丝腺细胞中都有表达,后来只在中部丝腺前部表达,而Ser3只存在于中部丝腺中前部。本文从分子生物学角度出发,概述丝胶基因的研究进展以及存在的问题。     

家蚕BmAWD基因的表达和蛋白纯化

家蚕BmAWD与家蚕翅膀发育密切相关,控制其翅膀发育的完整性及可用性。在对本实验室构建的家蚕蛹期cDNA文库测序中,我们筛选到-条编码AWD蛋白的cDNA序列,将其命名为BmAWD基因。通过生物信息学分析,发现该基因序列全长为689bp,ORF框为465bD,编码154个氨基酸残基,含有-个NDPK保守结构域。通过PCR扩增获得该基因ORF框并克隆到表达载体pGEX-5X-1上,得到重组表达质粒pGEX-5X-1-AWD,将该重组子转化大肠杆菌BL21,经PCR、酶切鉴定证明重组正确,在37℃下以IPTG诱导表达后收集菌体并裂解,SDS-PAGE分析发现在43kD左右处有一特异性蛋白条带,与预期值相符,但目的蛋白主要以沉淀即包涵体形式存在,25℃下诱导表达,SDS—PAGE分析表明目的蛋白主要存在于上清中。采用亲和层析法纯化融合蛋白GST-AWD,目的蛋白通过与层析柱上的GST磁珠结合而被纯化分离。     

家蚕病原性微孢子虫SCM_8的研究

家蚕病原性微孢子虫SCM8的生活史单型 ,所有时期核不成对 ,发育周期为 9～ 10d。蚕体内发育的裂殖体生殖呈带状分裂 ,以多分裂的方式进行增殖 ,裂殖体近椭圆形 ,外被寄主细胞的内质网膜 ;母孢子以出芽方式进行原生质团的分割 ,形成多个单核孢子母细胞 ,孢子成熟不同步 ,孢囊内有几个至数十个孢子不等 ;SCM8孢子单核 ,卵圆形 ,大小介于SCM7(Endoreticulatusbombycis)和家蚕微孢子 (Nosemabombycis)之间 ,并随继代数的增加而趋小 ,到第 3代时大小稳定 ,与SCM7相近 ;成熟孢子的极膜层前部结构致密 ,后部结构相对疏松 ;孢子的极丝单列 ,9～ 10圈 ,极丝倾角为 4 2° ;后极泡圆形 ,较大。SCM8仅感染寄生家蚕的中肠上皮组织 ,具食下传染、无胚种传染能力 ,致病力较弱 ,感染中量 (IC50 )为 1 2 9× 10 5,病程 12d以上。SCM8的分类地位为微孢子虫门 ,单倍期纲 ,格留目 ,科、属暂未确定。     

家蚕抗菌肽基因研究进展

抗菌肽是昆虫先天性免疫系统中十分重要的效应因子,近年来一直是昆虫免疫学研究的热点。家蚕作为鳞翅目昆虫的代表,其抗菌肽研究取得了长足进展。根据已经研究获得的抗菌肽基因序列在家蚕基因组中进行同源搜寻,共获得了40个家蚕抗菌肽基因。这些基因编码的多肽在大小、氨基酸组成和性质上差异很大,但基于结构性质可以分成3类:(1)具有α-螺旋结构并且缺乏半胱氨酸(cysteine,Cys)的线性抗菌肽;(2)富含脯氨酸或甘氨酸的组成性抗菌肽;(3)富含半胱氨酸的环形抗菌肽。以这3类结构作为主线,综述了家蚕抗菌肽近年来的研究进展。     

一个新的家蚕锌指蛋白基因的克隆及基因组结构分析

锌指蛋白是一类能与细胞内核酸特异结合 ,调控基因表达活性 ,对细胞分裂、分化、胚胎发育及个体生长有重要作用的转录因子。从家蚕 5龄丝腺组织cDNA文库中克隆了一个具有锌指结构的新基因 ,命名为BmZFP基因 (GenBank登录号 :AY75 36 5 9) ,其cDNA全长为 180 9bp ,编码 14 3个氨基酸 ,3′端非翻译区 (3′ untranslatedregion ;3′ UTR)达 1332bp碱基序列。BmZFP氨基酸序列推测有 6个功能结构域 ,是一种CCHC型锌指蛋白。虽然BmZFP氨基酸序列与人、大鼠和小鼠的相关锌指蛋白的氨基酸序列同源性只有 33%左右 ,但 6个功能域中的Cys(C)和His(H)却完全匹配 ,推测其功能与人、大鼠和小鼠的相关锌指蛋白有相似性。BmZFP基因序列的结构分析表明 :该基因由 2个外显子和 1个 14 86bp碱基序列的内含子组成 ,在 5′端上游 - 182～ - 2 2 2区域存在一个启动子元件 ,但不是典型的TATA盒启动子。     

家蚕耐氟性状基因效应分析

采用世代平均值分析的多元回归程序 ,对家蚕耐氟性状的基因效应参数进行了估计。结果表明 :家蚕耐氟性能世代间存在显著差异 ,耐氟性状遗传符合加性 显性遗传模型 ;耐氟性表现为部分显性遗传 ,主要受加性效应所控制 ,显性效应比例较小 ,加性效应引起的变异比例为 81 92 % ,显性效应变异为 11 93 % ,不存在上位效应     

家蚕泛素结合酶新基因的克隆与基因组结构及5′调控区分析

在家蚕丝腺cDNA文库测序过程中,发现一个编码家蚕泛素结合酶的EST序列,利用3′RACE方法克隆了一个新的家蚕泛素结合酶基因cDNA全长序列,命名为BmUCE2 I(GenBank登录号为DQ219874)。家蚕BmUCE2 I基因全长cDNA由465 bp的开放阅读框序列(ORF)、97 bp的5′端非翻译区序列(5-′UTR)和237 bp的3′端非编码区序列(3-′UTR)组成,其编码的154个氨基酸与其他真核生物间具有较高的同源性。利用BmUCE2 I的EST片断作探针,通过筛选家蚕噬菌体基因组文库,获得了家蚕BmUCE2 I基因组序列和5′调控序列。BmUCE2 I基因由4个外显子和3个内含子组成,在5′端上游调控区域没有类似TATA盒元件,但在-219~-268 bp的区域存在一个50bp的启动子序列,此外还存在CF2-Ⅱ、FTZ、DFD、BRCZ2、DL、STAT、PRD-HD等多个转录因子结合位点。家蚕泛素结合酶新基因的克隆、基因结构及5′调控区的分析为进一步研究泛素蛋白水解酶复合通路相关基因的调控规律提供了重要依据。     

家蚕新的卵色相关基因Bmwh2的克隆及组织表达与功能研究

腺苷三磷酸结合盒转运蛋白(ATP-binding cassette transporter,ABC转运蛋白)是古老而庞大的家族,广泛分布于从细菌到人类各种生物体中,主要利用ATP水解释放的能量实现多种底物的跨膜主动转运。通过RT-PCR扩增、克隆测序了家蚕ABC转运子Bmwh2完整的开放阅读框。用生物信息学方法分析发现,Bmwh2有14个外显子和13个内含子,编码689个氨基酸残基,分子质量77.38 kD,等电点8.42;Bmwh2含有1个核苷酸结合结构域和6个α螺旋构成的跨膜结构域,为半转运子,属于家蚕ABC转运子超家族G亚族成员。利用半定量RT-PCR方法分析Bmwh2在家蚕5龄第3天幼虫不同组织的表达水平,以精巢中的相对表达量最高。用合成的siRNA显微注射胚胎发育时期的蚕卵,对Bmwh2进行干涉研究,获得了白卵和嵌合体的干涉表型。根据实验结果,推测Bmwh2可能参与家蚕浆液膜色素前体的转运。     

家蚕Hox基因的功能及调控研究新进展

Hox基因是重要的转录因子,是昆虫躯体模式发育中的主调控基因,并对附肢的发育有重要的作用.不同生物为适应自然环境进化出不同的躯体模式和附肢,这与Hox基因的进化存在内在的关联.家蚕(Bombyx mori)是鳞翅目的模式昆虫,其躯体模式及附肢的决定机制研究对其他鳞翅目昆虫具有重要参考意义.本文对家蚕Hox基因结构、功能和靶基因等方面的研究进展进行了综述.     

家蚕SoxE基因的全长cDNA克隆和表达谱分析

Sox基因家族是在动物中发现的一类重要的转录调控因子。基于生物信息学和RACE策略,从家蚕胚胎中克隆了一个与果蝇E族Sox基因成员同源的基因的全长cDNA,命名为BmSoxE(GenBank登录号:HQ728280)。BmSoxE的cDNA序列全长为1 398 bp,编码222个氨基酸。生物信息学分析显示,BmSoxE蛋白序列含有典型的HMG-box结构域和数个磷酸化位点。组织表达谱分析发现,BmSoxE基因在家蚕生殖腺中高量表达;时期表达谱分析表明,从家蚕的幼虫期一直到成虫期,Bm-SoxE基因的表达维持在较高水平,暗示BmSoxE基因在家蚕性别决定和分化中可能发挥了调控作用。