家蚕资源生物学研究小组近期部分成果在英国《遗传》等杂志发表

动物躯体模式的进化是造成生物多样性的重要原因之一。家蚕是重要的经济昆虫和实验动物，是农林害虫主要类群鳞翅目的典型模式，阐明家蚕躯体模式建立的分子机制是一项意义重大的研究。西南大学家蚕基因组生物学国家重点实验室家蚕资源生物学研究小组以家蚕躯体发育相关突变作为研究材料，开展相应基因的研究工作，并取得了重要进展。     

昆虫双胸复合体(BX-C)基因研究进展

双胸复合体(BX-C)作为Hox基因簇的两个复合体之一,包括Ultrabithorax(Ubx)、abdominal-A(abd-A)、Abdominal-B(Abd-B)3个基因及其间的顺式调控区域,在动物躯体模式的发育过程中具有重要作用。昆虫双胸复合体基因主要规定其后胸及腹部形态的特异性,通过与其上、下游靶基因一起或以自身基因间的相互调控作用行使功能。本文以模式昆虫果蝇为主,结合家蚕、蝴蝶、赤拟谷盗等,对双胸复合体在昆虫体节规定、附件发育及内部器官分化等过程中的作用与基因间的相互调控关系进行了综述。     

驯化影响下的家蚕3种抗菌肽基因的进化模式

抗菌肽作为昆虫的先天性免疫效应因子在昆虫物种进化过程中起着至关重要的作用。测定了家蚕(Bombyx mori)和野桑蚕(Bombyxmandarina)群体的3种不同类型的抗菌肽基因DefA、CecE和MorB3的序列,通过序列核苷酸多态性分析、中性检验、溯祖模拟分析和连锁不平衡分析,发现这3种抗菌肽基因呈现不同的进化模式:DefA属于驯化过程中人工选择的靶基因;CecE是经历了驯化瓶颈效应的中性基因;MorB3的进化受遗传漂变影响。尽管进化模式不同,但家蚕的3种抗菌肽基因连锁不平衡程度均高于野桑蚕,反映家蚕经历了瓶颈效应,群体数量减小导致基因重组率降低。这些结果为理解家蚕不同抗菌肽的进化和功能提供了重要信息。     

家蚕追寄蝇线粒体DNA细胞色素b基因及其侧翼tRNA基因的克隆与序列结构和进化分析

家蚕追寄蝇(Exorista sorbillans)为双翅目、寄蝇科、追寄蝇属昆虫,寄生家蚕后引起多化性蚕蛆病。研究家蚕追寄蝇的系统进化关系,有助于探讨其寄生机制。采用PCR技术扩增了家蚕追寄蝇的线粒体DNA(mtDNA)片段,序列分析结果表明:克隆的mtDNA片段大小约1.5 kb,包括完整细胞色素b基因(cyto b)及其侧翼tRNA-Leu基因序列,序列结构与其它21个昆虫物种的同源片段序列结构基本一致,说明线粒体DNA基因排列和基因结构的保守性;家蚕追寄蝇mtDNA的Cyto b蛋白和tRNA-Leu基因的二级结构符合功能大分子的空间结构特征,维持一定的保守进化;双翅目昆虫不同蝇类mtDNA中的cyto b基因、tRNA-Leu基因序列的同源性高,可保证构建蝇类系统发生树的准确性。基于包括家蚕追寄蝇在内的12个双翅目昆虫、5个鳞翅目昆虫、4个鞘翅目昆虫、1个直翅目昆虫的mtDNA cyto b基因编码氨基酸序列的进化分析表明:双翅目中蝇类的进化次序依次为狂蝇科、果蝇科、寄蝇科、蝇科、丽蝇科,寄蝇科与蝇科和果蝇科之间的进化距离较近;鳞翅目处于种系发生树分叉的起点,起源最早,双翅目处于种系发生树分叉的最末端,起源最晚。     

家蚕蚕卵孵化率影响因素的研究进展

昆虫是自然界最为丰富的生物类群,其中大多数为农林业害虫,但也有少数为人类服务的经济昆虫,如作为鳞翅目模式生物的家蚕,数千年来一直是丝织品原料的主要来源。孵化是卵生昆虫后续生命活动的基础,了解影响家蚕孵化率的因素,有利于提高家蚕孵化率,增加蚕茧产量和经济效益。本文介绍了影响家蚕蚕卵孵化率的温度、湿度、光照等环境条件及家蚕发育过程中基因调控的研究进展。     

家蚕滞育生理及其分子调控机制研究进展

滞育是昆虫等动物应对周期性不利环境表现出的一种发育停滞的生理过程。家蚕既是重要的经济昆虫,也是鳞翅目模式生物,研究家蚕滞育生理及分子调控机制,对于理解昆虫的发育生理与适应性进化以及制定农林害虫防治策略等都有重要的理论和实践意义。国内外学者的研究证实,家蚕滞育是环境因素与遗传因素共同作用的结果,当环境信号被蚕体感知后转化形成滞育信号,再经复杂的信号转导途径,通过激素调节和营养物质储备与代谢的调控,使家蚕体内建立起适应滞育的生理代谢体系。近年来的研究进一步表明,家蚕滞育激素受体蛋白、热休克蛋白以及磷酸化作用参与的基因表达调控是家蚕滞育重要的分子调控机制,与滞育的起始、维持、终止密切相关。本文系统概述了上述家蚕滞育生理机制与分子调控机制的研究成果。     

家蚕暗化型突变研究取得新进展

体色是昆虫最重要的性状表现，是其对环境适应的直观体现，在其生存和繁衍策略中扮演重要的角色。那么在昆虫的发育过程中，色素物质与色素基因如何精确的调控昆虫的着色模式及对其他生理现象产生影响的呢？西南大学家蚕基因组生物学国家重点实验室家蚕遗传资源研究小组以珍贵的家蚕黑化型体色突变——“暗化型”（mln）为模式材料，系统地研究了昆虫黑色素代谢通路中的前体儿茶酚胺类物质与相关黑色素代谢基因的相互调控对家蚕不同发育阶段表皮着色和物理性质的影响。     

逆境对家蚕影响的研究进展

家蚕(Bombyx mori)不仅仅是一种重要的经济昆虫,同时也作为一种鳞翅目模式昆虫越来越受到人们的重视。生态环境的改变而产生的逆境环境对于家蚕生长、发育、繁殖、寿命、活动以及分布等都有很大的影响,从而产生巨大经济损失。文章主要概述逆境对家蚕影响的研究进展。     

家蚕着色模式相关的分子遗传学研究

体色与斑纹是昆虫重要的形态特征,对于昆虫捕食、避敌、寻偶、免疫和调节体温等具有重要的意义,其丰富着色模式形成的分子机制一直是昆虫学研究的热点。家蚕作为中国重要的农业经济昆虫,具有5 000多年的驯养历史,不仅成就了灿烂的丝绸文化,而且带来了巨大的经济效益。家蚕亦是鳞翅目的模式昆虫,拥有的超过200余个与着色相关的突变体是昆虫着色研究的重要实验材料。近年来,结合家蚕的经典遗传连锁图谱、家蚕基因组数据,运用高通量测序手段、定位克隆策略等分离鉴定家蚕着色相关突变体的关键基因,是探索着色模式形成的分子基础的主体。目前已在分子水平解析了家蚕30余种着色相关突变的产生机制,显著推动了家蚕着色机制的研究,对于丰富昆虫着色相关理论和基础知识具有重要贡献。本文总结了家蚕着色模式研究的最新成果,并结合其它昆虫着色相关研究的成果进行分析比较,这对于今后系统开展昆虫着色机制及其演化的研究,以及对着色相关基因的利用,均具有重要参考价值。     

家蚕核糖体18S RNA基因的序列分析及分子系统学研究

为研究家蚕18S DNA基因的特点及分子进化,以家蚕丝腺为材料提取家蚕基因组DNA,通过PCR扩增、测序鳞翅目家蚕(Bombyx mori)核糖体小亚基18S RNA基因(18S rDNA)的全序列,将该序列与等翅目、直翅目、衤责翅目、鞘翅目、膜翅目、双翅目、捻翅目、弹尾目、蜉蝣目各一种昆虫的18S rDNA进行了比较。用DNAstav软件分析并进行序列比对,结果表明,昆虫18S rDNA有4段序列较为保守,以18S rDNA比对的第2保守区段构建的分子系统发育树表明鳞翅目和双翅目、膜翅目、鞘翅目进化关系最近,等翅目、直翅目、衤责翅目进化上较为接近,捻翅目昆虫与弹尾目昆虫的亲缘关系较为接近,捻翅目在分类上应是一种古老的昆虫。     

参与家蚕免疫反应的clip丝氨酸蛋白酶家族基因分析

丝氨酸蛋白酶在昆虫的新陈代谢和生长发育等多种生理过程中起重要作用,特别是含clip结构域的丝氨酸蛋白酶与昆虫的免疫级联激活途径密切相关。为探索家蚕clip丝氨酸蛋白酶在家蚕先天免疫反应信号通路中的作用,对家蚕(Bombyxmori)与烟草天蛾(Manduca sexta)中鉴定获得的含有clip结构域的丝氨酸蛋白酶进行序列比对和系统进化分析,发现BmSP78与MsPAP-1、BmSP127与MsHP8、BmSP124与MsHP1、BmSP125与MsHP17位于同一进化支上,4对clip丝氨酸蛋白酶的氨基酸序列相似度分别为70%、68%、81%和57%,另外的8个蛋白酶BmSP23、BmSP111、BmSP95、BmSP135、BmSP129、BmSP137、BmSP91和BmSP99构成了家蚕特有的一群clip丝氨酸蛋白酶。用革兰阴性细菌沙雷氏菌和革兰阳性细菌黑胸败血菌分别注射感染家蚕5龄第4天幼虫后,通过半定量RT-PCR检测分析clip丝氨酸蛋白酶基因在不同感染时间点的表达特征:病原菌诱导后蚕体中有11个clip丝氨酸蛋白酶基因mRNA转录水平有明显变化,其中BmSP102和BmSP96于黑胸败血菌诱导12 h后在血细胞中明显上调表达,而BmSP125在沙雷氏菌和黑胸败血菌感染12 h后的脂肪体中均明显上调表达。研究结果为建立家蚕clip丝氨酸蛋白酶可能参与的免疫级联反应路径提供了重要线索。     

家蚕胚胎发育相关基因的分析(英文)

在家蚕基因组中检索分析了与果蝇86个胚胎发育相关基因同源的基因。分析结果表明,在果蝇的这86个基因中,有62(72%)个基因在家蚕基因组中存在直向同源关系,其中58(67%)个基因并且在家蚕、果蝇、冈比亚按蚊3种昆虫的基因组间呈现1∶1∶1直向同源关系。通过比较分析发现,体节极性决定基因在3种昆虫基因组间最为保守。同果蝇和冈比亚按蚊相比,家蚕中决定背-腹部形成的基因分化最大。进一步利用芯片数据对其中的12个母性基因在家蚕5龄第3天幼虫生殖腺中的表达情况进行分析:有2个基因(orb和nanos)在卵巢中特异表达;4个基因(spire、Ras85D、gd和arrest)在精巢中特异表达;另外的6个基因(exuperantia、vasa、pumilio、mago nashi、nudel和dorsal)在精巢和卵巢中均有表达,但是其中的2个基因(pumilio和nudel)在雌、雄间的表达量存在显著差异。研究结果为家蚕发育调控机制的进一步研究提供了重要线索和数据信息。     

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。     

家蚕催青期胚胎蛋白质图谱的建立

胚胎发育一直是生命科学研究的主题之一。通过家蚕各个时期胚胎蛋白质的研究 ,可以从蛋白质水平探讨胚胎蛋白质的构成和基因顺序表达的规律。应用蛋白质组的研究方法 ,以连续发育的家蚕胚胎为材料 ,采用蛋白质双向电泳技术 ,对催青期各个时期的胚胎蛋白质进行了分离 ,建立了家蚕催青期各个胚胎蛋白质参考图谱。从催青期各个时期的胚胎蛋白质图谱中发现 :从临界期胚胎到气管显现期的胚胎 ,结构基因表达变化不大 ;从点青期开始 ,一些酸性蛋白有关的结构基因被激活表达。     

利用Ecotilling技术筛选家蚕E群突变体的突变基因

对突变体的发现与鉴定是揭示基因功能的一种有效手段。为了研究家蚕E群突变体的基因多样性,利用Ecotilling技术平台,对家蚕18个E群突变体中的14个Hox基因片段(总长408 kb)进行突变筛选,获得了48个错义突变和213个沉默突变,其中60%是转换型突变,即嘌呤突变为嘌呤,嘧啶突变为嘧啶。研究结果表明,11个Hox基因片段在不同E群突变体中发生了突变,其中在E群突变体06-250中的Bmshx7基因有不同的错义突变位点,特别在homeobox结构域也有突变发生,这些突变可能会影响到Bmshx7基因的功能,即影响对目标基因的转录调控,最终产生突变体06-250相应的突变表型。研究获得的Hox基因的其它突变信息目前与E群突变体的表型尚无直接关联,但其研究结果可为继续筛选鉴定E群突变基因以及探讨基因的功能提供有价值的信息。     

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。     

蜕皮激素诱导家蚕蜕皮激素受体和超气门蛋白基因的表达变化

昆虫蜕皮激素受体(ecdysone receptor,EcR)是一种核内受体,为蜕皮激素的分子靶标。用0.002 g/L蜕皮激素溶液浸泡过的桑叶饲喂家蚕5龄幼虫,采用双跟踪标定定量PCR(dual-spike-in qPCR)方法,检测家蚕蜕皮激素受体基因BmEcR-A、BmEcR-B1和超气门蛋白(ultraspiracle,USP)基因BmUSP在家蚕幼虫马氏管、脂肪体、中肠组织的转录水平变化,分析蚕体组织以及BmEcR和BmUSP基因在蜕皮激素代谢过程中的作用与表达调控特征。结果表明:家蚕EcR的2种同工型基因BmEcR-A和BmEcR-B1的mRNA转录水平均变化显著,在脂肪体中的转录水平最高,其它组织相对较低;BmUSP的mRNA转录水平同样变化显著,且在脂肪体中的转录水平最高,马氏管次之,中肠最低。另检测正常情况下4龄眠期和5龄末期BmEcR-A、BmEcR-B1和BmUSP的mRNA转录水平相对于其它发育时期较高,且脂肪体中的转录水平要明显高于其它组织。BmEcR-A、BmEcR-B1和BmUSP均在家蚕幼虫脂肪体中高水平表达,表明了脂肪体在蜕皮激素代谢过程中的重要性。     

内蒙古绒山羊Hox基因家族成员在毛囊中表达的研究

Hox基因作为一类重要的转录因子,在胚胎发育组织分化过程中有重要作用。为了探索Hox基因在绒山羊毛囊发育中的作用机制,本研究采用原位杂交技术,检测Hox基因家族成员Hoxa4、Hoxa5、Hoxa6基因在绒山羊毛囊的表达模式。结果显示,Hoxa4、Hoxa5、Hoxa6基因分别在绒山羊胚胎期和兴盛期毛囊的不同部位表达,说明Hox基因在绒山羊毛囊生长发育过程中扮演着重要的角色。     

内蒙古绒山羊Hox基因家族成员在毛囊中表达的研究

Hox基因作为一类重要的转录因子,在胚胎发育组织分化过程中有重要作用。为了探索Hox基因在绒山羊毛囊发育中的作用机制,本研究采用原位杂交技术,检测Hox基因家族成员Hoxa4、Hoxa5、Hoxa6基因在绒山羊毛囊的表达模式。结果显示,Hoxa4、Hoxa5、Hoxa6基因分别在绒山羊胚胎期和兴盛期毛囊的不同部位表达,说明Hox基因在绒山羊毛囊生长发育过程中扮演着重要的角色。