杀虫剂辛硫磷诱导家蚕脂肪体蛋白的表达特征及SerB基因的组织转录活性分析

为了从蛋白质水平探讨家蚕对有机磷杀虫剂的抗性机制,采用双向电泳结合基质辅助激光解析电离飞行时间质谱技术,分析家蚕5龄中期幼虫在添食杀虫剂辛硫磷前后脂肪体蛋白的表达特征。经ImageMaster6.0软件分析表明,对照组共检测到465个蛋白点,实验组检测到396个蛋白点,其中能匹配的蛋白点有348对,匹配率为73.54%。对特征蛋白进行质谱分析,已鉴定的蛋白包括磷酸丝氨酸转氨酶(SerB)和5'-甲硫腺苷磷酸化酶(MTAP)。采用半定量RT-PCR分析家蚕5龄幼虫添食辛硫磷后脑、中肠、丝腺、脂肪体、精巢、马氏管等6个组织器官中SerB基因mRNA的转录水平,结果与对照组相比均呈现上调趋势,其中在脑组织的转录水平上调尤为明显,在脂肪体中的转录水平上调与其蛋白的表达上调一致。受辛硫磷诱导的影响,家蚕5龄中期幼虫脂肪体的蛋白数目减少,SerB基因在各组织器官增量表达,推测可能与蚕体对农药的代谢解毒作用有关。     

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.     

家蚕5龄第3天血液蛋白的双向电泳及质谱分析

基于为家蚕血液比较蛋白质组学的研究提供基础信息的目的,利用双向电泳技术对家蚕5龄幼虫的血液蛋白进行分析,并采用基质辅助质量飞行时间质谱(MALD I-TOF MS)对其中一些表达量较高的蛋白进行了肽质量指纹图谱分析鉴定。120μg血液蛋白经过双向凝胶电泳及考马斯亮蓝染色后可以检测出106个蛋白点,60μg血液蛋白经双向电泳及银染后可以检测出126个蛋白点,这些蛋白点主要集中在分子质量15~80 kD区域,等电点4~7。MALD I-TOF MS鉴定的52个蛋白点中都有较强的肽质量指纹信号峰,其中成功鉴定了46个蛋白点。在这些蛋白中,不仅包含了SP贮存蛋白和30 K低分子量脂蛋白等家蚕血液蛋白的主要成分,还包含了大量与代谢相关的蛋白酶类、蛋白酶抑制剂、离子转运蛋白、免疫相关因子、分子伴侣等不同种类的蛋白。     

微量菊酯类农药对家蚕细胞色素P450酶9家族基因转录水平的影响

昆虫细胞色素P450酶广泛分布于各种需氧生物,是一类参与机体代谢解毒或代谢活化作用的超家族酶系。分析家蚕细胞色素P450酶基因表达对微量菊酯类农药的响应,有助于从分子水平阐释家蚕对农药的生理代谢机制,以及探讨细胞色素P450酶活性与家蚕对农药耐受性的关系。以对菊酯类农药耐受性不同的2个家蚕品种为材料,采用实时荧光定量PCR方法,检测分析2个家蚕品种5龄第3天幼虫添食微量(0.02 mg/L)氰戊菊酯后主要解毒组织中肠和脂肪体中3个P450酶9家族基因的转录水平变化及在品种间存在的差异,结果表明:敏感性家蚕品种Lan5的幼虫脂肪体组织中CYP9a19和CYP9a20基因m RNA的转录水平与对照组幼虫相比显著下调,在中肠组织中2个基因的转录水平变化不大,而CYP9a22基因m RNA在中肠和脂肪体中的转录水平均无显著变化;耐受性家蚕品种Mysore的幼虫中肠组织中CYP9a19和CYP9a22基因m RNA的转录水平与对照组幼虫相比均显著上调,CYP9a20基因m RNA在脂肪体组织中的转录水平也显著上调。研究结果提示:细胞色素P450酶9家族基因的转录水平变化,可能与家蚕不同品种对菊酯类农药的耐受性差异有关。     

外源物质诱导家蚕小分子热激蛋白基因HSP19.9的组织表达活性分析

小分子热激蛋白(sHSP)参与生物体细胞内多种生理生化反应,并保护细胞在外界不良环境胁迫下免于受损或降低受损程度。为了探讨家蚕小分子热激蛋白在家蚕组织对外源物质代谢中的作用,分别给家蚕添食蜕皮激素(MH)和芸香苷(rutin)后,采用双跟踪标定定量PCR(dual spike-in qPCR)方法,分析家蚕sHSP19.9基因(BmHSP19.9)的组织应急表达特征。结果表明,家蚕5龄幼虫食下2×10-3μg/μL蜕皮激素溶液或5×10-2 ng/μL芸香苷溶液浸泡的桑叶2 h后,BmHSP19.9基因在中肠、脂肪体和马氏管组织中的转录水平均有上升,尤其是在脂肪体中的转录水平非常高,在中肠组织的转录水平出现2个峰值,推测与中肠组织存在不同的应激系统有关。     

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。     

家蚕微孢子虫蛋白水解酶的活性检测及质谱鉴定和序列分析

微孢子虫的蛋白水解酶类不仅参与代谢活动,而且可能作为一种潜在的侵染宿主的毒力因子。为了研究家蚕微孢子虫蛋白水解酶的种类及蛋白质结构特点,将家蚕微孢子虫总蛋白经非变性凝胶电泳后与底物酪蛋白孵育,检测到可水解酪蛋白的蛋白酶类的活性。采用质谱法分析该类蛋白酶主要是锌离子依赖型的细胞质型亮氨酰氨肽酶和丝氨酸蛋白酶。细胞质型亮氨酰氨肽酶序列是由1 515个碱基编码的505个氨基酸组成,无信号肽,有2个潜在的锌离子结合部位,属于金属蛋白酶M17家族;丝氨酸蛋白酶具有肽酶S8结构域和跨膜域。通过序列比对发现在兔脑炎微孢子虫、蝗虫微孢子虫、蜜蜂微孢子虫、肠道微孢子虫和比氏肠道微孢子虫中均有这2种酶,且相似度较高,其进化较为保守。     

基于数字基因表达谱(DGE)分析异烟肼诱导家蚕脂肪体损伤的差异表达基因

以无脊椎动物家蚕为实验动物,采用高通量测序技术分析人结核病治疗药物异烟肼(INH)诱导蚕体脂肪体损伤状态下的相关基因信息。供试5龄第3天家蚕幼虫分别按照1、2 mg/头的剂量经口给予INH后8 h,解剖获取家蚕脂肪体组织并提取总RNA,利用RNA-Seq测序技术分别构建INH诱导组和CK对照组家蚕脂肪体的数字基因表达谱(digital gene expression,DGE)文库。比对2个DGE文库的差异表达基因,并进行GO功能分析和KEGG通路分析,结果显示:INH影响了家蚕脂肪体中功能基因的表达,其中下调表达的基因数目明显较多,这些差异表达基因的GO分类和所在的KEGG通路,均集中在核酸损伤、细胞外信号转导、细胞凋亡与氧化应激过程、蛋白质代谢、药物代谢过程和免疫毒性等几大通路中。选择4个分别与肝损伤、药物代谢、线粒体能量代谢有关的差异表达基因进行qRT-PCR检测,结果与DGE文库的表达一致。另外,家蚕脂肪体经HE和DAPI染色后亦可观察到INH对细胞的损伤;测定不同浓度INH及作用时间下家蚕脂肪体中与肝损伤有关的谷丙转氨酶(ALT)和谷草转氨酶(AST)的活性显著提高,但2种酶的变化趋势不一样。推测INH造成机体组织损伤可能与其和机体内的大分子物质结合,从而影响到这些大分子发挥参与多种代谢通路调节机体正常生理活动的作用有关。     

家蚕对浓核病毒(镇江株)抵抗性和感受性品种的中肠组织蛋白比较分析

为了探明家蚕对浓核病毒(镇江株)抵抗性和感受性品种间在分子机制上的差异,通过蛋白质双向电泳(2-DE)和基质辅助质量飞行时间质谱技术(MALDI-TOF MS)对两个不同抗性家蚕品种的中肠组织蛋白进行了比较分析。2-DE电泳结果表明,两个品种间的中肠组织蛋白斑点数及位置、形态等差异很小,进一步比较获得了9个差异蛋白斑点,其中感受性蚕品种JS有6个,抵抗性蚕品种NIL有3个。经MALDI-TOF MS鉴定结果显示,感受性品种JS有4个差异蛋白斑点可能分别为氢离子转运ATP合酶β亚基1、氢离子转运ATP合酶β亚基2、组织蛋白酶D或3-羟酰辅酶A脱氢酶;抵抗性品种NIL中有2个差异蛋白点可能是组织蛋白酶。     

家蚕丝氨酸蛋白酶抑制剂基因serpin16的表达规律及体外重组表达

家蚕(Bombyxmori)的丝腺是丝蛋白合成分泌的场所,存在多种丝氨酸蛋白酶抑制剂。为探究家蚕丝蛋白的合成和保护机制,采用半定量RT-PCR的方法调查家蚕丝氨酸蛋白酶抑制剂基因serpin16在家蚕不同发育时期和5龄第5天幼虫各个组织器官中的表达特征,结果表明家蚕serpin16基因仅在4眠-5龄第6天的发育期表达,并且仅在丝腺中特异表达,其中在中部丝腺前区转录水平最高,而在中部丝腺中区和后区的转录水平较低;进一步构建pGEX-4T-1-serpin16原核表达载体,并转化至大肠杆菌(Eschevichia coli)BL21(DE3),经IPTG诱导获得融合蛋白,纯化后得到单一的目的蛋白。家蚕serpin16基因在幼虫丝腺的特异表达模式提示其可能与家蚕的吐丝过程密切相关,推测该基因在维持丝腺稳定的泌丝环境中发挥重要作用。     

家蚕脂肪体合成蛋白质变化的研究

应用双向电泳、同位素标记、放射自显影及计算机蛋白质电泳图谱分析技术研究了家蚕 5龄期和变态期脂肪体合成蛋白质的变化。结果表明 ,在 5龄中期脂肪体合成蛋白质的种类、分泌蛋白质的量、合成蛋白质的速度都达到最大值 ,合成脂肪体组织蛋白质在 5龄中期也快速增加 ,显示在 5龄中期脂肪体的蛋白质合成水平达到最大值 ,而熟蚕期后脂肪体合成蛋白质种类、分泌量及合成速度都下降 ,表明脂肪体蛋白质合成水平下降 ,在蛋白质合成水平上证明了家蚕脂肪体从幼虫期的合成、代谢等主要功能向变态期的贮藏功能转变。     

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。     

家蚕细胞周期素E基因在5龄幼虫组织表达的剪切变体和表达谱特征

细胞周期素E(cyclinE)是调控细胞周期从G1期进入S期的关键因子。利用家蚕基因组数据库信息设计引物,克隆家蚕cyclinE在5龄幼虫不同组织表达的cDNA序列,获得该基因的6种不同剪切变体,这6种剪切变体前4个外显子和最后一个外显子都相同,变化主要集中在第5~7外显子处。同源性比对显示,不同物种来源的cyclinE周期蛋白盒区域具有较高的保守性,有35个氨基酸的共同保守序列,该区域可能也是家蚕cyclinE的特异识别并结合细胞周期素依赖蛋白激酶的功能区域。利用实时定量PCR分析显示,cyclinE在家蚕5龄第3天幼虫的中肠、脂肪体、丝腺、脑、马氏管、精巢、卵巢、血液等8种组织、器官中均有表达,并且在脂肪体中的表达相对较高,推测cyclinE基因在家蚕脂肪体细胞分裂过程中发挥重要作用。     

家蚕脂肪体细胞原代培养及其细胞分化的研究

取家蚕4~5龄幼虫背部脂肪体,采用胰蛋白酶消化和组织块贴壁法进行离体培养,观察脂肪体细胞在体外培养过程中的变化。家蚕脂肪体细胞在原代培养过程中出现了一批具有繁殖和再分化能力的脂肪前体细胞,细胞间呈管道状或网状排列,可在体外培养条件下繁殖,分化成新的脂肪组织,形成的脂肪细胞分泌大量脂肪油滴后破裂死亡。研究结果可为进一步探讨家蚕脂肪体细胞的分化及脂类代谢调节机制提供实验条件。     

家蚕丝氨酸蛋白酶抑制剂基因serpin-6在不同发育时期的表达分析

丝氨酸蛋白酶抑制剂(serpin)是一类具有重要生理调控功能的蛋白酶超家族。为研究家蚕serpin-6基因(Bmserpin-6)在蚕体内的功能,利用半定量RT-PCR方法,分析该基因mRNA在家蚕不同发育时期的转录水平。Bmserpin-6基因在家蚕各个发育阶段均有表达,在4龄眠期、5龄6d、吐丝48h(化蛹前)和化蛹6d的转录水平较高,在5龄4d、吐丝初期和蛹末期的转录水平较低。Bmserpin-6基因在5龄期家蚕精巢和卵巢中的表达均呈现先下降后上升的趋势。研究结果表明,Bmserpin-6基因mRNA的转录具有明显的时空特异性,推测其在家蚕不同的变态发育期执行不同的功能。     

BmLSP基因启动子驱动DsRed在转基因家蚕中的表达分析

家蚕幼虫血清蛋白(BmLSP)是由脂肪体细胞合成的一种贮藏蛋白,是研究家蚕幼虫期发育调控的理想靶标。基于家蚕基因组数据,克隆了BmLSP基因5'端侧翼区～1.6 kb的调控序列,构建成以红色荧光蛋白基因DsRed为报告基因的pig-gyBac表达载体并进行转基因注射,在个体水平上验证该启动子的特性。结果表明:BmLSP-DsRed表达框以单拷贝形式整合至家蚕基因组;DsRed在转基因家蚕脂肪体中特异转录表达,其时期表达特征与BmLSP基因基本一致,随发育阶段的不同呈现有规律的变化,即幼虫期表达,但1龄、2龄眠期不表达,3龄、4龄眠期有微弱表达,上蔟后表达量逐渐降低直至化蛾阶段消失。提示BmLSP可能通过其启动子区的特异元件受激素的精确调控而行使功能。