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。     

家蚕磷酸甘油醛异构酶Tpi基因的克隆

利用生物信息学方法成功地克隆了家蚕磷酸甘油醛异构酶(triosephosphateisomeraseTpi)基因(GenBank登记号为AY734490)。该基因全长为2875bp;含有5个外显子、4个内含子,所有内含子/外显子边界都符合典型的GT/AG剪切模式;cDNA序列全长1051bp,并经RTPCR克隆和序列分析进行了验证;具有完整的开放阅读框架(ORF,95~839bp),可编码248个氨基酸的蛋白。通过与NCBI蛋白数据库的比对表明,该基因编码的蛋白为磷酸甘油醛异构酶(EC5311),参与葡萄糖分解代谢,即将磷酸二羟丙酮转化为3磷酸甘油醛,在果蝇、蚊子、黄粉虫、美洲淤夜蛾、棉铃虫等昆虫中具有高度的保守性。     

家蚕精巢特异性蛋白激酶基因Bm-TSSK的克隆及序列与表达分析

睾丸特异性丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶(testis-specific serine/threonine kinase,TSSK)首先在哺乳动物中被发现,是一类在精子发生过程起重要作用的蛋白激酶。通过EST同源筛选方法,用人(Homo sapiens)的TSSK2、TSSK4、TSSK6基因cDNA和小鼠(Mus musculus)的TSSK1、TSSK3、TSSK5基因cDNA为探针在GenBank家蚕EST数据库中搜索同源基因,通过在家蚕基因组数据库的同源性检索以及电子克隆,获得一条家蚕精巢特异性蛋白激酶基因的序列,命名为Bm-TSSK(GenBank登录号:JN159476)。据此预测序列设计引物,成功地在家蚕精巢组织中克隆了Bm-TSSK基因完整的开放阅读框(ORF),序列分析及同源性比对表明:Bm-TSSK序列长1 402 bp,ORF为1 041 bp,没有内含子,推测编码346个氨基酸残基,在编码氨基酸序列20～284区域有丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶的结构域;该基因推导的氨基酸序列在进化上与赤拟谷盗(Tribolium castaneum)、熊蜂(Bombus terrestris)、顶切叶蚁(Acromyrmex echinatior)的亲缘关系较近,相似度分别为81%、86%和85%。基于定量PCR和基因芯片的数据分析显示Bm-TSSK在家蚕5龄第3天幼虫的精巢特异性高表达,推测Bm-TSSK参与了家蚕精子的形成。     

柞蚕胆绿素还原酶基因ApBVRB的克隆及表达分析

柞蚕(Antheraea pernyi)幼虫体壁颜色表现出高度多样性。胆绿素还原酶(biliverdin reductase B,BVRB)可催化血红素降解过程中产生的胆绿素还原成胆红素,参与昆虫体色形成。为明确BVRB在柞蚕幼虫体色形成中的作用,克隆柞蚕胆绿素还原酶基因ApBVRB,检测其mRNA表达水平,同时调查胆绿素还原酶的活性。ApBVRB编码205个氨基酸,预测蛋白质分子质量为50.67 kD,等电点为5.15。氨基酸序列比对表明,ApBVRB与家蚕的黄素还原酶(flavin reductase,FR)具有75%的序列相似度。qRT-PCR检测结果表明,ApBVRB在柞蚕幼虫的所有受试组织器官中均表达,除丝腺外,青、黄体色幼虫之间的相对表达量并没有显著差异。酶活性检测发现,胆绿素还原酶活性在青、黄蚕的血淋巴和丝腺中有极显著差异,推测可能由于血淋巴中该酶活性的差异而导致柞蚕幼虫表现为青、黄2种体色。     

家蚕Ring基因的克隆及序列特征与组织表达分析

Polycomb group(PcG)蛋白是多细胞有机体中的一类表观遗传抑制因子,Ring是Pc G蛋白家族的主要成员,在Pc G蛋白的转录抑制调控中行使重要功能,对昆虫和哺乳动物的发育至关重要。利用同源检索方法获得家蚕Ring基因(BmRing)的核苷酸序列,该基因位于家蚕第17号染色体的nscaf2865位点。BmRing的核苷酸序列由4个外显子和3个内含子构成,基因的c DNA3'端有2个多聚腺苷酸化信号(aataaa)和典型的poly(A)结构;BmRing编码由377个氨基酸组成的蛋白质,分子质量为41.8 k D,等电点为6.72,氨基酸序列具有3个同源异型结构域(homeobox domain,HD),46~85 aa为高度保守的典型的环指结构域(Ring finger),331~347 aa为跨膜区,N端位于膜外。通过STRING在线预测分析得到10个与BmRing有相互作用关系的蛋白质。系统进化分析显示BmRing与果蝇的Dm SCE、意大利蜜蜂的AmRing等的亲缘关系较近。以家蚕5龄第3天幼虫的卵巢c DNA为模板,克隆了BmRing基因,并利用半定量RT-PCR检测BmRing基因在5龄第3天幼虫的精巢、卵巢、头部和血细胞中有明显表达,而在其他组织中几乎不表达。获得的上述基础信息,有益于进一步研究BmRing的生物学功能。     

家蚕Ssu72蛋白基因的克隆及序列与表达分析

Ssu72(suppressor of sua7-1 clone 2)蛋白的命名源于对酵母sua7-1基因突变的抑制作用,推测其在真核生物RNA聚合酶Ⅱ作用的转录过程中有重要功能。从家蚕蛹cDNA文库中筛选到家蚕Ssu72蛋白基因(BmSsu72)的cDNA序列,利用生物信息学方法分析该基因ORF为579 bp,编码蛋白质含有192个氨基酸残基,具有完整的Ssu72保守结构域,三级结构包含9个α螺旋和4个β折叠,推测α螺旋和β折叠之间可能形成锌指结构。以家蚕蛹cDNA为模板PCR克隆到BmSsu72基因的完整ORF序列,通过构建载体pET-28a(+)-BmSsu72在大肠杆菌中表达并纯化了重组BmSsu72蛋白,进而利用纯化蛋白免疫新西兰大白兔获得多克隆抗体。采用荧光定量PCR检测到BmSsu72基因随着家蚕的生长发育转录水平呈逐渐下降趋势,在卵期的转录水平最高,在蛾期的转录水平最低;该基因在5龄幼虫各组织中的转录水平以马氏管最高,卵巢和丝腺次之。Western blotting检测BmSsu72在家蚕5龄幼虫各个组织中均有表达,其中在丝腺中的表达水平最高。推测BmSsu72可能与家蚕丝腺的分泌相关。     

家蚕尿酸氧化酶基因BmUo的克隆及其序列分析与原核表达

尿酸氧化酶(urate oxidase;EC1.7.3.3)能够降解尿酸形成尿囊素,在嘌呤代谢途径中起到至关重要的作用。用生物信息学方法在家蚕基因组数据库中进行同源性检索,获得一条可能的家蚕尿酸氧化酶序列,根据预测序列设计引物及克隆、测序验证,已成功地克隆到家蚕尿酸氧化酶基因BmUo的完整ORF。克隆的cDNA(GenBank登录号:DQ189992)全长1088bp,ORF长1014bp,编码337个氨基酸残基,预测分子质量为38.18kD,等电点为6.90。通过半定量RT-PCR检测了该基因在各组织的表达情况,发现该基因的mRNA在5龄第3天的家蚕的脂肪体和马氏管中有表达。该基因在氨基酸水平上与果蝇、按蚊尿酸氧化酶的相似性分别为45.6%和51%,在第91个氨基酸残基处具有Asn-Ser-X-Val/Ile-Val/Ile-Ala/Pro-Thr-Asp-Ser/Thr-X-Lys-Asn的高度保守序列,这一序列在真核生物和原核生物中均广泛存在,可能与尿酸氧化酶的酶活性有关。家蚕尿酸氧化酶与其他38个物种尿酸氧化酶的聚类分析发现,尿酸氧化酶基因在昆虫、真菌、双子叶植物和哺乳动物这一层面上是相对保守的。将BmUo基因片段与pET-28a连接,构建原核表达载体pET-28a/uo,重组载体转化大肠杆菌BL21后,在37℃的培养条件下可检测到与理论分子质量相符的蛋白条带。     

不同催青处理的二化性家蚕体内过氧化氢代谢

研究了25℃明催青和15℃暗催青对二化性家蚕品种丰一体内的H2O2代谢影响。在催青期,前一种处理的蚕卵体内H2O2代谢水平在中后期呈U型变化,过氧化氢酶(CAT)活性在后期迅速上升;后一种处理的蚕卵体内H2O2代谢水平在第16天出现峰值,CAT活性在后期缓慢上升。在幼虫期,两种催青处理的H2O2代谢基本相似,均是H2O2代谢水平随龄期增加而逐步下降,CAT活性在1~4龄逐步下降,而在5龄期有所回升。在蛹期,前一种处理的H2O2代谢水平分别在第2天和第9天出现峰值,CAT活性分别在第3天和第6天出现峰值;后一种处理的H2O2代谢水平在第4天出现峰值,CAT活性在第5天出现峰值。上述结果表明,不同催青条件显著改变了家蚕催青期和蛹期的H2O2代谢,滞育诱导阶段的家蚕H2O2代谢可能与滞育激素(DH)的表达密切相关。     

家蚕糖转运蛋白基因BmST3的克隆及序列分析与表达研究

糖转运蛋白在家蚕体内糖类化合物的转运与代谢过程中发挥重要作用。在电子克隆的基础上,通过RT-PCR方法克隆了家蚕糖转运蛋白基因BmST3(GenBank登录号:GQ871756)。生物信息学分析结果显示,该基因位于家蚕27号染色体,开放阅读框(ORF)长1434bp,编码477个氨基酸,预测蛋白有典型的Sugar_tr结构域和12个疏水的跨膜结构域,与埃及伊蚊、致倦库蚊、冈比亚按蚊、赤拟谷盗登录号分别为EAT47626、EDS35465、EAA11457、EFA05337的同源蛋白相似性均在60%以上。RT-PCR检测和基因芯片信号值分析结果显示,BmST3基因的表达具有组织特异性,在家蚕5龄第3天幼虫的9种组织中,主要在马氏管中大量表达,推测其可能在马氏管细胞膜内外物质的跨膜转运中发挥作用。     

家蚕化性及调控措施

化性是家蚕的一个重要性状。在蚕种生产过程中,了解家蚕化性和掌握化性的调控措施,对减少和避免非滞育卵（包括生种和再出卵）、促进产滞育卵（俗称黑种）至关重要。本文在总结前人有关家蚕化性研究的基础上,结合生产实际,作一些论述,以供生产上参考。     

一个新的家蚕kunitz类型CI基因的克隆和序列分析

家蚕胰凝乳蛋白酶抑制剂(chymotrypsin inhibitor,CI)的多个编码基因位于多个染色体位点上,是家蚕CI具有丰富多态性的原因之一。根据Gene Bank中登录的家蚕CI基因Sci-sb的mRNA,设计引物克隆了一个家蚕kunitz类型的CI基因,命名为CI-fb。CI-fb基因有3个外显子,开放阅读框长度为255 bp,编码85个氨基酸残基,具有一个典型的kunitz结构域。CI-fb基因与其他已知的kunitz类型的CI基因相比,在基因序列和结构、蛋白序列和结构上高度相似,但在已知的CI基因家族中序列最短。RT-PCR分析表明,CI-fb基因在家蚕的脂肪体、精巢、卵巢、马氏管、气管和中肠6个组织中表达,而在丝腺、血细胞和体壁中没有表达,是一个组织特异性表达的基因。研究结果为进一步研究家蚕CI的多态性和功能提供了新的线索。     

家蚕细胞周期素家族基因的克隆及结构特征与表达分析

细胞周期素(cyclin)是推进细胞周期进程最主要的调控因子之一,并与个体发育及肿瘤形成等有关。为研究细胞周期素家族基因在家蚕组织中的表达情况,利用家蚕基因组数据库信息设计引物克隆了家蚕细胞周期素家族的5个基因,对基因序列结构的分析结果表明,cyclinA、cyclinB、cyclinB3基因分别有7个外显子,cyclinE基因有8个外显子,cyclinL1基因只有1个外显子;cyclinA及cyclinE基因存在较多的剪切方式,cyclinA主要包含大小为2 141和2 173 bp的2种转录本,其变化在第7外显子,cyclinE则含有1 422、1 290及1 194 bp等大小不同的序列,变化集中于第5～7外显子,而cyclinB、cyclinB3及cyclinL1基因则相对稳定。克隆的家蚕细胞周期素家族基因的组织表达存在差异:cyclinA基因只在精巢中表达,cyclinB3基因只在精巢和卵巢中有明显的表达,cyclinE基因在丝腺、脑、脂肪体、中肠、马氏管、精巢、卵巢及血液8种组织都有表达,cyclinB和cy-clinL1基因在除丝腺或血液外的其他7种组织检测到表达。研究结果为进一步探究不同细胞周期素在昆虫蜕皮、变态等生理过程中的功能提供了参考。     

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。     

家蚕多梳蛋白家族基因BmPsc的全长序列克隆及表达分析

多梳蛋白(polycomb group,PcG)基因Bmi-1(B cell-specific MLV integration site-1)与人类造血干细胞以及多种肿瘤干细胞的维护相关,Bmi-1蛋白具有典型的N端Ring结构,通过结合核小体并抑制其重塑以实现抑制关键基因转录,具有沉默目的基因的功能。Bmi-1在昆虫中的同源基因为Psc(posterior sex combs)。采用RACE技术获得家蚕Psc基因(BmPsc)全长4 084 bp的序列。该基因位于家蚕第4号染色体上,是一个单外显子基因,ORF为3 291 bp,编码1 096个氨基酸,蛋白质分子质量121 kD,等电点(pI)为9.83;同源序列比对发现BmPsc与赤拟谷盗(Tribolium castaneum)的Psc基因序列有58%的相似度,与果蝇(Drosophila melanogaster)的Psc基因序列仅有34%的相似度;氨基酸序列分析显示BmPsc具有保守的N端Ring结构。利用qRT-PCR检测家蚕5龄第3天幼虫各组织以及5龄各时期幼虫血液中BmPsc基因的表达水平,发现BmPsc在各组织均有表达,在精巢以及卵巢中的表达明显较高,其次是翅原基(含造血器官),在循环血液中也有较高表达;在5龄各时期幼虫血液中的表达呈一定规律性,于蜕皮后的5龄第2天以及进入变态前的5龄第6天出现表达峰值,而在5龄中期(第4～5天)为表达低谷。研究结果为进一步阐释该基因在细胞水平以及个体水平对干细胞分化的抑制作用奠定了基础。     

家蚕淀粉酶基因(Bmamy2)的分子克隆及表达特征和序列分析

淀粉酶在生物体内的碳水化合物代谢中起重要作用。根据预测的基因序列设计引物,克隆了一个家蚕淀粉酶基因(Bmamy2),获得完整的编码区序列(全长1 752 bp,编码583个aa)。用推导的氨基酸序列与其它物种的淀粉酶基因作相似性比较和系统发育分析,发现所克隆的Bmamy2基因是一个起源很早的拷贝,在细菌、果蝇、非洲蟾蜍、人和鸡等多种生物中存在与之同源的基因。该基因编码蛋白的功能结构域预测有2个起催化作用的关键氨基酸发生突变,推测该基因可能失去了催化水解碳水化合物的功能。RT-PCR和基因芯片检测结果表明,该基因在家蚕5龄第3天幼虫的中肠和脂肪体中表达,且在中肠中的表达丰度较高。     

家蚕杆状病毒半胱氨酸蛋白酶基因的序列分析及表达

通过PCR扩增技术克隆了家蚕核型多角体病毒 (BombyxmoriNuclearPolyhedrosisVirus ,BmNPV)ZJ8株的半胱氨酸蛋白酶 (cysteineproteinase ,CP)基因 (BmNPVZJ8 CP)。序列分析表明 ,该蛋白酶基因的ORF为 972个核苷酸 ,编码 32 3个氨基酸。同源性分析表明 ,BmNPVZJ8 CP在DNA水平上与其它来源的CP具有较高的同源性 ,根据已知的杆状病毒半胱氨酸蛋白酶序列构建了该基因的进化树 ,发现BmNPVZJ8 CP与人的木瓜蛋白酶超家族的CP在同一进化分支上 ,与BmNPV T3株、AcNPV的半胱氨酸蛋白酶基因的核苷酸同源性最高。该基因在大肠杆菌中表达的产物对大肠杆菌具有生理毒性 ,从而限制了该基因的表达。     

家蚕N-乙酰基转移酶基因BmNAT的克隆与表达分析

N-乙酰基转移酶(N-acetyltransferase,NAT)是昆虫体内一种催化乙酰基团在乙酰辅酶A和胺之间转移的酶,主要与色素沉积、生理节律等有关。对已公布的家蚕(Bombyx mori)N-乙酰基转移酶基因Bm NAT(Gen Bank登录号:NP_001040401.1)进行生物信息学分析:该基因序列全长763 bp,ORF为564 bp,编码187个氨基酸残基,分子质量21.4 k D;多序列比对表明Bm NAT与脐橙螟(Amyelois transitella)同源蛋白质的序列相似性最高。通过原核表达的方法制备了融合Bm NAT蛋白,经蛋白质纯化并免疫新西兰兔获得多克隆抗体。亚细胞定位显示Bm NAT主要存在于细胞质和细胞核中。利用Western blotting检测Bm NAT在家蚕不同发育时期和5龄幼虫各组织器官的表达谱,结果表明Bm NAT在蛾、卵期以及5龄幼虫的头部表达量较高,与Bm NAT的qRT-PCR检测结果基本一致,初步推断Bm NAT可能在家蚕的这些组织或发育时期发挥一定的生物学功能。流式细胞实验显示Bm NAT对细胞周期可能存在一定的影响。     

一个新的家蚕BmLITAF基因的电子克隆及序列分析

在对家蚕蛹cDNA文库的测序中发现了脂多糖诱导肿瘤坏死因子α的转录激活因子(lipopolysaccharide-induced tumor necrosis factor-α factor,LITAF)的EST序列(GenBank登录号AADK01016184)。经过比对发现BmLI-TAF全长为981 bp,由97 bp的5′端非翻译区序列(5′UTR)、390 bp的开放读码框(ORF)和494 bp的3′端非翻译区序列(3′UTR)组成。用电子克隆方法对BmLITAF进行基因结构分析发现,此基因由3个外显子和2个内含子组成,编码129个氨基酸。对BmLITAF蛋白进行疏水性、跨膜结构和信号肽分析的结果显示,BmLITAF具有跨膜结构域。根据BmLITAF的电子克隆序列由家蚕基因组PCR扩增获得BmLITAF基因,将其克隆到pGEM-T-easy载体中,测序验证与电子克隆结果一致。     

家蚕滞育生物钟蛋白质EA4基因的cDNA克隆和序列分析

家蚕滞育生物钟是依赖卵内酯酶A4(EA4)的倒计时型生物钟。EA4是具时间间隔测定酶(time interval measuring enzyme,TIME)功能的蛋白质。根据家蚕EA4测定的氨基酸序列,以第3天龄雌蛹脂肪体和卵巢总RNA为模板,利用简并引物RT-PCR方法,得到308 bp的部分ea4序列,其1-144 nt和145-308 nt分别与家蚕全基因组鸟枪序列(whole genome shotgun sequence,WGS)AADK01019126.1的5595-5738 nt及WGS AADK01014467.1的8636-8473 nt有95%和98%的一致性。根据获得的ea4基因片段序列,利用生物信息学方法和家蚕基因组数据预测了ea4基因的完整cDNA序列,设计特异引物,以雌蛹脂肪体和卵巢RNA为模板,进行RT-PCR得到完整的cDNA。ea4基因的cDNA全长519 bp,其中1-48 bp为信号肽序列,49-519 bp编码的氨基酸与蛋白质纯化后测序EA4部分的一致性为98%,C末端存在3个氨基酸的差异,其中第156位为新确定氨基酸。     

家蚕Bmtdh基因的克隆与序列分析

克隆了家蚕苏氨酸脱氢酶基因(Bmtdh),其cDNA长1 310 bp(No.ABA43639.1),包括227 bp 5′-UTR和1 026 bp的完整开放读码框(ORF)。Bmtdh在家蚕基因组上以单拷贝形式存在,编码342个氨基酸,其Ile29-Val322区域是一个完整的表面异构酶功能域。表达谱分析与EST数据的分析表明,Bmtdh在丝腺和卵巢中的转录水平高于其它组织,并且Bmtdh在家蚕4龄眠期、5龄早期的转录水平也很高,而在卵期(G2胚胎)和1龄早期没有检测到其转录表达,表明Bmtdh基因可能参与了蚕丝蛋白的合成过程。