滞育诱导发生温度与光周期对家蚕垂体同源框激素基因Pitx表达的影响

<正>家蚕垂体同源框激素PITX对滞育激素DH的分泌与作用有直接影响。为了探讨家蚕滞育的信号传导机制,研究了3种典型的滞育发生诱导温度和光周期条件对Pitx基因表达的影响。结果显示,亲代催青期滞育卵诱导发生条件25LL显著上调了蚕卵中Pitx基因表达水平。整个世代持续25LL环境中,3龄前幼虫和成虫体内,Pitx基因的表达水平高于15DD环境中的蚕体;胚后蚕体Pitx基     

滞育诱导发生温度与光周期对家蚕羽化激素基因表达的影响

羽化激素(EH)是调控生长发育的重要神经肽激素。本文研究了家蚕滞育发生诱导温度和光周期条件对羽化激素基因(Eh)表达的影响。结果显示,在15DD非滞育卵诱发环境下,催青期胚胎的Eh基因mRNA一直处于很低水平;而在25LL滞育卵诱发环境或20LD滞育卵与非滞育卵同时出现的诱发条件下,能够检测到Eh的高水平表达,提示胚胎期可能已经开始合成EH。其中25LL蚕卵Eh基因的表达水平高于20LD区,并在积温高于1 440℃.h(反转期)后,Eh基因表达水平显著上调,这与在此阶段的蚕卵胚胎对滞育诱导环境温度和光照节律更加敏感相一致。在胚后幼虫至成虫期维持催青期的15DD或25LL环境中,1-4龄幼虫在食桑期Eh基因继续了胚胎后期25LL中高表达的现象,但5龄幼虫至成虫期出现15DD环境Eh基因表达水平显著高于25LL区的现象。胚后改用25℃自然光照环境保护,25LL区的子代滞育性卵和15DD区的子代非滞育性卵中,表现出15DD环境Eh基因表达水平高于25LL区的现象,在卵龄48h后更加明显。结果表明亲代卵的孵化温度与光周期在决定子代卵的滞育性同时,显著影响整个世代Eh基因的表达。     

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。     

滞育诱导温度和光照节律对家蚕sod基因和cat基因的表达的影响

家蚕(Bombyxmori)是卵滞育性鳞翅目模式昆虫,其滞育性受亲代卵孵化期(催青期)温度、光节律等环境因子诱导。为了研究家蚕滞育与温度和光照节律的关系,本文调查了温度、光照节律对家蚕sod基因和cat基因表达的影响。催青期中除了孵化期,25℃持续光照下(25LL)卵的sodmRNA均保持在较高水平,另外,sod基因在20℃光照黑暗(20LD)12h交替环境下的表达量要高于15℃持续黑暗(15DD)条件,且孵化后期这种现象更加明显。cat基因在25LL、20LD和15DD环境之间的表达量无差异,但是孵化后期(积温2160-3600℃.h),cat基因表达水平显著上调,这与在此阶段的蚕卵胚胎对滞育诱导环境温度和光节律比较敏感的结论相一致。此外,本文还调查了子代卵中sod基因和cat基因的表达情况。sod基因在人工活化卵(DTE)中的表达水平显著高于非浸酸的滞育性卵(DDE);卵龄24-192h,25LL子代卵逐渐进入滞育,sod基因表达量下调。低温黑暗条件会上调家蚕子代卵sod基因的表达水平。在初期的盐酸活化卵(DTE)中,cat表达量低于滞育卵(DDE),而后逐渐上升,直至接近滞育卵表达量,这表明盐酸可能会抑制cat基因表达。在恒温条件下,黑暗条件会促进子代卵上调cat表达。在温度光照协同作用下,20LD子代卵中cat表达量低于25LL和15DD。     

滞育诱导温度与光照对家蚕近日节律基因per表达的影响

温度和光照是昆虫近日节律基因表达的授时因子,也是影响家蚕滞育的决定因素。为了解家蚕滞育与近日节律调控的关系,研究了滞育诱导发生温度与光照对家蚕近日节律基因per表达的影响。家蚕整个世代在25℃高温环境下,或幼虫期与蛹期在20℃的较高温度下,per基因在黑暗环境中的转录水平高于光照环境。家蚕幼虫及蛹期在相同光照条件下,per基因转录水平在高温环境中高于低温环境,黑暗环境下又呈现20℃25℃15℃的变化趋势,且温度的影响大于黑暗环境;在25℃持续光照条件(25LL)下,胚后时期per基因的表达水平高于15℃持续黑暗的条件(15DD),而20℃及光照与黑暗各12 h条件(20LD)下变化更加敏感,这与温度和光照对家蚕滞育的诱导作用一致。在处女蛾和卵产出后0.5 h的未受精蚕卵中都检测到了高水平的母源per基因mRNA。亲代卵催青期的单因子25℃高温或黑暗、以及20LD,都会引起子代卵内per基因mRNA水平的上调,这种上调只出现在滞育出现或活化发育的转折时间点(卵龄72 h)之前。家蚕滞育诱导温度和光照条件直接影响per基因在整个世代的差异表达,该基因在卵期的表达与胚胎滞育性差异密切关联。     

家蚕山梨醇脱氢酶基因的转录水平特性分析

为了探究家蚕山梨醇脱氢酶基因（BmSDH）在家蚕各发育时期和组织的转录水平,根据家蚕二化性品种子代滞育性受亲代胚胎期催青条件调控的原理,利用半定量RT-PCR分析25.0℃常温明催青和17.5℃低温暗催青对家蚕品种“秋丰”各发育时期蚕体和组织中BmSDH转录水平的影响.结果显示,BmSDH-1、BmSDH-2a和BmS-DH-2b在家蚕的各个发育阶段均有表达：在幼虫期5龄3d,BmSDH-1在常温明催青组脂肪体中转录水平较高;BmSDH-2a和BmSDH-2b在常温明催青条件下的血液、脂肪体和卵巢中转录水平均高于低温暗催青;在蛹期3d,BmSDH-2a和BmSDH-2b在常温明催青条件下血液和卵巢中的转录水平均低于低温暗催青;在次代卵产下后6～24h期间,BmSDH-2a和BmSDH-2b的转录水平逐渐升高.因此,BmSDH-1和蚕卵滞育与否没有直接关系,而BmSDH-2a和BmSDH-2b与家蚕二化性品种卵滞育与否有重要的平行关系,为从分子水平阐明家蚕滞育的分子机制积累了试验数据.     

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。     

二化性家蚕滞育过程中谷胱甘肽S-转移酶活性的变化

二化性家蚕卵以25℃和15℃催青,可分别诱导成虫产下子代滞育和非滞育卵,而即时浸酸和5℃左右的低温处理可以分别阻止和解除胚胎滞育。利用1-氯-2,4-二硝基苯(CDNB)显色法测定了经上述处理后的胚胎滞育过程中谷胱甘肽S-转移酶(glutathione S-transferase,GST)的活性,结果表明:胚胎发育后期的蚕卵经25℃催青,卵中的GST活性显著高于15℃催青蚕卵;蚕卵即时浸酸未显著改变胚胎滞育发动阶段蚕卵中的GST活性;5℃低温处理显著提高了滞育卵中的GST活性,但是未能显著改变即时浸酸卵的GST活性。上述结果表明,蚕卵中的GST活性变化与二化性家蚕胚胎滞育诱导和解除密切相关。     

适用于实用家蚕品种转基因的蚕卵滞育解除方法

实用家蚕品种转基因是利用分子靶标实现家蚕品种改良与创新的最直接和有效手段,建立高效的适合于转基因显微注射的蚕卵滞育解除方法则是目前家蚕转基因在技术层面尚待解决的关键问题之一。采用早期浸酸、低温催青、复式催青3种方法解除显微注射转基因蚕卵的滞育。结果表明,3种人工处理方法均能解除蚕卵滞育,且获得的非滞育性蚕卵可通过显微注射得到转基因阳性个体,其中采用复式催青法处理的子代蚕卵滞育解除率最高,转基因阳性蛾圈率约25.00%,明显优于低温催青和早期浸酸处理。此外,采用早期浸酸处理,日系品种的蚕卵滞育解除率高于中系品种;采用低温催青和复式催青处理,中系品种子代蚕卵滞育解除率则显著高于日系品种。     

家蚕二化性品种(品系)转基因用蚕卵的预处理技术研究

家蚕为卵滞育昆虫,二化性家蚕品种(品系)的化性由上代卵期温度与光照等调控。将若干个二化性家蚕品种(品系)以17~18℃温度催青诱导子代蚕卵非滞育,筛选出1个经济性状较优的实用品种"秋丰"、1个突变品系P33,二者非滞育卵圈比例分别达到96.4%和89.6%,正常催青的良卵实用孵化率分别达到96.11%和98.58%,解决了采用显微注射法以家蚕实用品种构建转基因系统过程中因蚕卵滞育不能及时孵化的难题。另对利用20%盐酸-2%甲醛混合液刺激解除蚕卵滞育的方法以及非滞育蚕卵表面用70%乙醇消毒的方法进行了尝试,前者可以获得96%以上的孵化率,后者可以缩短蚕卵预处理时间。     

合成滞育激素对家蚕卵Gpase、NAD-SDH、PFK、FBP活性的影响

二化性蚕品种大造在高温（25℃）明条件（每日光照18小时）下催青时,全部产滞育卵,在低温（16℃）暗条件（全天黑暗）下催青时全部产非滞育卵。低温暗条件下催青的大造在化蛹第3日注射一定剂量的合成滞育激素,可以诱导其产下70％左右左右的滞育卵。这种由合成滞育激素诱导形成的滞育卵,在滞育期中Gpase,PFK,FBP,NAD-SDH等与碳水化合物代谢相关的酶活性与非滞育卵不同,,但与天然滞育卵相似。只是酶活性和蚕卵解除滞育的时间比天然滞育卵有所提高。     

二化性家蚕滞育发动期间滞育性卵和非滞育性卵的烟酰胺腺嘌呤二核苷酸变化

为了探究家蚕滞育发动期间呼吸耗氧量下降与烟酰胺腺嘌呤二核苷酸(NAD)含量变化的关系,用高效液相色谱法和分光光度法分别检测在25℃条件下产下后12～72 h的二化性家蚕滞育性卵与非滞育性卵中的还原型NAD(NADH)含量、氧化型NAD(NAD+)含量、乳酸脱氢酶(LDH)活性和胞质苹果酸脱氢酶(cMDH)活性。滞育性卵中的NADH+NAD+含量、NADH/NAD+值及LDH活性分别在产下后18、36、24 h达到峰值,而cMDH活性处于波动中。在产下后24～72 h,非滞育性卵中的NADH/NAD+值极显著低于滞育性卵,而LDH和cMDH活性极显著高于滞育性卵。据此可以推测,滞育发动期间家蚕滞育性卵的NAD+降解增强和NAD+再生下降共同导致呼吸耗氧量下降。     

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。     

冷藏期家蚕滞育卵和即时浸酸卵的H2O2含量及过氧化氢酶基因表达的变化

将产下后48h的家蚕滞育卵和即时浸酸卵进行低温(5℃)冷藏处理30d以上,滞育卵孵化率显著上升,而即时浸酸卵孵化率显著下降。为了探讨低温处理对滞育卵和即时浸酸卵的孵化产生不同影响的分子机制,测定了冷藏期间2种卵中的H2O2含量、过氧化氢酶(CAT)基因mRNA转录水平和CAT活性变化。结果表明:2种卵在冷藏期间随着卵中的H2O2含量显著增加,CAT基因mRNA转录水平也上调;虽然冷藏后的10～70d,2种卵中的H2O2含量、CAT基因mRNA转录水平及CAT活性都显著上升,但滞育卵的H2O2含量仍显著高于即时浸酸卵,而CAT基因mRNA转录水平和CAT活性则显著低于即时浸酸卵。即时浸酸卵在冷藏过程中H2O2含量显著增加,可能造成了对胚胎的氧化伤害,从而降低其孵化率。然而,滞育卵在冷藏过程中的CAT基因mRNA转录水平及CAT活性相对较低,H2O2相对较高,胚胎却未受到氧化伤害,推测低温处理可能诱导了滞育卵中其它抗氧化反应。     

诱发滞育的温度和光照条件对家蚕胚胎生物钟信号主要基因表达的影响

为了深入研究温度和光照等昼夜节律授时因子对家蚕滞育的调控机制,以常规诱导滞育发生的温度与光照条件处理胚胎发育后期蚕卵,调查家蚕胚胎生物钟信号环路主要基因Cry1、Cry2、Per和Tim的表达对授时因子振荡变化的响应。结果显示:光照能够上调Cry1基因在家蚕胚胎发育后期的表达,温度则可改变该基因表达的振荡周期相位;温度在改变Cry2基因振荡表达相位的同时,低温(15℃)还能上调该基因在家蚕胚胎发育后期的表达;温度升高可缩短Per基因表达的振荡周期;黑暗诱导Tim基因振荡表达,温度则能够改变Tim基因表达的振荡周期相位。结果提示:家蚕胚胎中可能存在与其他昆虫类似的以CRY1为光感受器因子的生物钟信号环路,Cry1、Cry2、Per和Tim是家蚕胚胎期能够响应昼夜节律授时因子光照和温度而诱导滞育发生的生物钟基因。