家蚕黄血近等基因系SSH文库的构建及部分EST的序列分析

以家蚕黄血品系KY和白血品系HB构建家蚕黄血近等基因系。用回交18代的家蚕黄血基因(Y)近等基因系群体中的黄血个体和白血个体中肠为材料,构建了家蚕黄血近等基因系抑制消减杂交(SSH)cDNA文库。从该抑制消减杂交cDNA文库随机挑选出46个阳性克隆进行测序,并用CAP3软件聚类拼接,得到4个假定基因(contig)和9个已知功能基因(unigenes)。通过BLAST比对和对所得表达序列标签(EST)的同源分析表明,这些基因主要涉及能量代谢因子、RNA分子水平相关调节因子、酶类、结构蛋白等,由此初步探明了参与黄血基因(Y)协同作用的相关基因表达蛋白的种类和数量,可为进一步研究蚕茧着色的分子机制及通过遗传选择培育天然有色茧品种提供基础信息。     

谷胱甘肽硫转移酶参与家蚕氟化物耐受性形成的研究

利用对氟化物高度敏感的家蚕品种733新和高度耐受性品种T6构建耐氟近等基因系,对回交15代的近等基因系群体从幼虫2龄眠起开始至4龄第3天连续添食200 mg/kg Na F溶液浸渍的桑叶,调查蚕体重要代谢酶类谷胱甘肽硫转移酶(glutathione S-transferase,GST)基因表达和酶活性的变化。解剖获取4龄3 d幼虫中肠组织进行双向电泳分析的结果显示,近等基因系群体中耐氟个体中肠的GST表达量比敏感个体明显上调。进一步利用实时荧光定量PCR检测GST基因在耐氟个体与敏感个体中肠、血淋巴、脂肪体和马氏管中的相对表达量,并对5龄1~6 d幼虫中肠、血淋巴中的GST酶活力进行测定。结果表明,家蚕对氟化物的抵抗力可能与体内GST酶活力的强弱有关,由于受氟化物刺激的诱导,可能导致GST基因表达水平发生了变化。研究结果为进一步探索家蚕耐氟机制提供了有用信息。     

家蚕黄茧近等基因系SSH文库的构建及部分EST序列分析

以家蚕黄茧品系KY(YYCC)和白茧品系C108(+Y+Y+C+C)组配黄茧(C)近等基因系。挑取回交11代的黄茧(C)近等基因系群体中的黄血个体的黄色和浅黄色中部丝腺作为实验材料,构建家蚕黄茧近等基因系抑制消减杂交(SSH)cDNA文库。通过对SSHcDNA文库中随机挑选的104个阳性克隆测序和聚类拼接,得到15个假定基因(contig)、25个已知功能基因(unigenes)和5个未知功能基因(unknown)。获得的表达序列标签(EST)经Blast比对和同源性分析,初步发现这些基因参与家蚕体内能量代谢、基因转录、信号传导、物质转运、细胞生长分裂、细胞结构形成、蛋白质合成与降解、核酸及蛋白质加工、机体防御等诸多生物学过程。分析结果可作为深入研究家蚕茧着色分子机制的基础信息。     

家蚕近等基因系感染浓核病毒(BmDNV-Z)前后中肠组织蛋白的差异表达分析

家蚕浓核病毒(BmDNV)是危害家蚕的主要病毒之一。为鉴定与家蚕抗病毒相关的蛋白质,以对BmDNV完全不感染的家蚕品种兰10(L10)为供体亲本,将其抗性基因导入家蚕敏感品种菁松(JS)中,构建抗性近等基因系NIL(BC6F2)。对JS及其近等基因系NIL分别用家蚕浓核病毒镇江株(BmDNV-Z)添毒,二者分别表现为高度敏感和完全不感染。对JS和NIL在病毒感染前后中肠组织蛋白双向电泳(2D-PAGE)图谱中的差异蛋白点进行串联质谱(MALDI-TOF-TOF)分析,共鉴定了41个差异表达的蛋白点,其中有35个蛋白点可能与病毒的诱导相关,有6个蛋白点可能与家蚕的组成抗性相关。鉴定的差异表达蛋白包括糖酵解酶类、能量代谢酶类、参与基因表达的蛋白质以及参与其它细胞功能的蛋白质等。选取10个差异表达蛋白点进行基因表达定量PCR分析,进一步确证了这些蛋白质在JS及其近等基因系NIL之间以及在病毒诱导前后的差异表达。例如:精氨酸激酶在NIL和JS中均可被诱导表达;V-ATP合成酶及热激蛋白HSP70只在NIL中被特异性诱导表达;烯醇化酶在NIL中的表达水平显著高于JS,且不能被病毒感染所诱导,是一个典型的组成抗性相关蛋白。鉴定出的41个差异表达蛋白点有可能参与了家蚕对BmDNV-Z的抗性。     

家蚕第二白卵近等基因系差异表达基因的研究

为探索家蚕第二白卵性状相关的功能基因,建立了家蚕正常型黑卵品种菁松A的第二白卵近等基因系,利用抑制消减杂交技术构建了黑卵品系与白卵品系的抑制消减杂交文库,对文库中的高频次检出序列H46利用cDNA末端快速扩增技术明确了其3′末端序列,经半定量RT-PCR和实时定量RT-PCR证明H46序列代表的基因在黑卵和白卵系统中表达水平相差达1833倍,为正常型黑卵上调表达基因。     

家蚕第2白卵近等基因系差异表达基因的筛选

为了解与家蚕第2白卵(w-2)性状形成相关的差异表达基因信息,以家蚕正常型黑卵及其第2白卵近等基因系的转色期蚕卵为材料,构建抑制消减杂交(SSH)文库,筛选差异表达基因。对SSH文库中部分克隆的测序分析表明,该文库对差异表达基因的富集性较好。随机挑选SSH文库中的300个克隆制作家蚕cDNA芯片,对家蚕正常型黑卵及第2白卵近等基因系转色期蚕卵进行检测,获得11个差异表达基因。对这11个差异表达基因进行实时荧光定量RT-PCR验证分析,其结果与芯片数据分析结果趋势一致,在正常型黑卵与第2白卵近等基因系之间,这些基因的表达差异为0.1倍至数千倍。     

家蚕单性生殖早期胚胎SSH文库的构建及其序列分析

为了探讨家蚕早期胚胎性别决定的分子机制,以非减数分裂孤雌生殖(AMP)和双精雄核发育(BSA)技术获得的家蚕单一性别早期(2~24 h)发育蚕卵为材料,利用抑制消减杂交(SSH)技术构建了正向和反向抑制消减杂交cDNA文库。在正向与反向抑制消减杂交文库中分别随机选择62个和46个克隆测序,分别获得43种和29种cDNA序列,其中25个为新的cDNA序列。生物信息学分析显示,抑制消减杂交文库中与单性生殖有关的高温、低温、辐射等诱导表达基因出现的频次较高。对部分文库序列进行半定量RT-PCR分析表明,这些基因在两种单性生殖早期发育胚胎中存在差异表达。     

家蚕黄血近等基因系差异蛋白组学分析

为了获取与家蚕黄血基因(Y)协同作用的相关蛋白的基础信息,通过双向电泳技术对家蚕黄血近等基因系5龄起蚕黄血个体和白血个体的中肠蛋白进行分离并作图像分析,发现分离出的较为清晰的蛋白点主要集中在14～80kD区域,等电点(pI)4～9。采用基质辅助激光解析电离飞行时间质谱(MALDI-TOF-MS)技术对其中一些差异明显的蛋白点进行鉴定,鉴定结果较为可信的5个蛋白点包括参与能量代谢、蛋白质合成等功能蛋白,这些蛋白可能与家蚕黄血性状的形成有关。采用实时定量PCR方法,对质谱鉴定出的质子转移ATP合酶β亚基2编码基因在家蚕黄血近等基因系黄血个体和白血个体5龄不同发育时期的相对表达量进行分析,结果表明该基因在2种个体中的表达均呈现明显上升的趋势,并且在黄血个体中的表达量明显较白血个体高,5龄第1-2天的相对表达量高7倍左右,提示该基因可能与家蚕的黄血性状有关联。     

氟化物添食对家蚕耐氟品种和敏感品种5龄幼虫体内蛋白质及谷胱甘肽硫转移酶含量的影响

为探明家蚕耐氟化物机理,以家蚕耐氟品种T6和敏感品种734为材料,通过人工添食NaF的方法测定了其血液与中肠组织蛋白质及谷胱甘肽硫转移酶（GSTs）的活力.结果表明：随着NaF添食浓度的增加,敏感品种734血液蛋白质浓度低于耐氟品种T6血液蛋白质浓度,而两者中肠组织的蛋白质浓度无明显差异.敏感品种734血液及中肠组织的GSTs酶活力呈现幅度较大的波动;耐氟品种T6血液中的GSTs酶活力呈现上升趋势,中肠组织的GSTs酶活力波动的幅度较小.由此可见,耐氟家蚕品种能够在氟化物的调控下提高体内GSTs的含量,推测其为耐氟家蚕品种具有氟化物抗性的原因之一.     

中国野桑蚕抗病毒蛋白基因(Lipase)的克隆与活性鉴定

从中国野桑蚕幼虫中肠细胞克隆获得了抗家蚕核型多角体病毒BmNPV的脂肪酶基因(Lipase)cDNA(GenBank:AY945212)。该基因cDNA大小906 bp,编码301个氨基酸,蛋白质分子质量约为28.9 kD。进一步克隆了其全长基因组,结果表明该基因由2 147 bp组成,包含4个外显子和3个内含子。该基因在野桑蚕体内的表达具有组织特异性,仅限于野桑蚕中肠组织表达,且在幼虫龄中表达水平较高,而在幼虫眠期和熟蚕期几乎没有表达。通过基因体外表达获得的重组蛋白Lipase,能够有效抑制BmNPV病毒对家蚕的感染,说明该蛋白具有较强的抗BmNPV的生物学活性。     

利用SSR标记对家蚕耐氟基因进行连锁定位分析

采用家蚕耐氟品系T6和敏感品系733新组配正反交群体(733新×T6)×733新和733新×(733新×T6),分别记作BC1F和BC1M。基于雌性家蚕染色体不发生交换,用已构建的家蚕SSR连锁图上的标记对耐氟基因(dominant endurangce to fluoride,Def)进行了定位及连锁分析。在28个连锁群上都找到了多态标记,其中只有3个位于12连锁群上的SSR标记与耐氟基因连锁。根据第12连锁群上已有的微卫星序列,寻找其所在的Scaffold上的其它SSR位点,并设计引物,找到一个新的多态性SSR标记。BC1F群中的所有耐氟个体均表现出与(733新×T6)F1相同的杂合型带型,而所有敏感个体带型与亲本733新一致,均为纯合型,说明家蚕耐氟性状是由位于第12连锁群上单个显性主效基因控制的。利用另一个群体BCM构建了耐氟基因的遗传连锁图。     

氟化物对不同抗性家蚕品种的GST和AChE酶活性影响及雌雄个体间的酶活性差异

为了探明家蚕的耐氟性机制以及耐氟性在不同性别蚕体间的差异,以家蚕耐氟品种T6和氟化物敏感品种734为材料,自5龄起蚕开始分雌雄喂食清水和200 mg/kg NaF溶液浸泡后的桑叶,检测幼虫中肠谷胱甘肽-S-转移酶(GST)和头部乙酰胆碱酯酶(AChE)的活性变化。添食氟化物后耐氟和敏感家蚕品种5龄幼虫中肠的GST活力随添氟时间的变化趋势与对照组比较一致,且与对照组相比酶活性均呈增高趋势;敏感品种734添氟组5龄雌蚕的GST平均活力为雄蚕的1.486倍,耐氟品种T6添氟组5龄雌蚕的GST平均活力为雄蚕的1.529倍。敏感品种734对照组5龄幼虫在试验第3天头部的AChE酶活性显著升高,但添氟组雄蚕在试验第2天AChE酶活性即显著升高,而雌蚕的AChE酶活性在整个5龄试验期均呈平缓下降趋势;耐氟品种T6添氟组5龄雌、雄幼虫的AChE活力与对照组差异不大,酶活力随添氟时间的变化趋势也与对照组较为一致,均在第3天出现最低值;2个品种添氟组AChE酶活性的性别差异与GST相反,即雄蚕的AChE平均活力大于雌蚕。推测氟化物处理后耐氟家蚕品种仍然能够保持AChE酶活性水平,从而呈现对氟化物的耐受性;2种类型解毒酶活力在雌雄家蚕间的差异可能暗示同一品种雄蚕的耐氟能力较多涉及靶标抗性,而雌蚕的耐氟能力较多依赖于代谢抗性。     

利用SSR标记对家蚕黄血基因的定位及连锁分析

位于家蚕第2染色体的黄血基因(yellow blood,Y)控制类胡萝卜素由中肠进入血淋巴,是形成黄色茧系的基础。利用家蚕雌不发生交换的特点,采用黄茧品系KY和白茧品系C108组配正反交BC_1群体(C108×KY)×C108和C108×(C108×KY),分别记作BC_1F和BC_1M,根据已经构建的家蚕SSR分子连锁图谱,对Y基因进行了定位及连锁分析。筛选出6个与Y基因连锁的SSR标记,这些标记在BC_1F群中的所有黄血个体均表现出与(C108×KY)F_1相同的杂合型带型;而所有白血个体带型与亲本C108一致,为纯合型。利用另一个群体BC_1M构建了关于Y基因的遗传连锁图,遗传距离为18．9cM,Y基因位于15．6cM。     

春用家蚕新品种华·东×春·晨的育成

采用幼虫4龄期人工添食20 mg/kg氟化纳溶液定向选择耐氟污染性能和杂交育种、回交改良等育种技术,育成了具有耐氟污染特性的春用多丝量家蚕新品种华·东×春·晨。该品种在浙江省家蚕新品种实验室共同鉴定和农村生产试验鉴定中,表现出体质强健、耐氟性好、产茧量高、茧型大、丝质优等特点,其中氟敏指数检测数据显示其耐氟性能明显强于春用品种菁松×皓月,并达到了秋用耐氟污染品种秋丰×白玉的水平。新品种在农村生产试验鉴定中,产茧量及丝质成绩普遍优于当地对照品种菁松×皓月和秋丰×白玉,特别是盒种产茧量分别超过对照品种菁松×皓月和秋丰×白玉7%、12%左右。2010年2月该品种已通过浙江省农作物品种审定委员会审定,适合在浙江省及长江中下游蚕区特别是氟化物污染较严重的蚕区春期推广饲养。     

家蚕氟中毒后中肠NADPH-细胞色素P450还原酶和NADPH-细胞色素C还原酶活性的变化

为了探究家蚕对NaF的代谢机制,以家蚕耐氟品种T6和氟化物敏感品种734为材料,从5龄起蚕开始分别添食50、100、200、400 mg/kg NaF溶液处理后的桑叶,检测蚕体中肠微粒体酶液中的黄素蛋白NADPH-细胞色素P450还原酶(CPR)和NADPH-细胞色素C还原酶(CR)的活性变化。氟物化敏感品种734的4个NaF处理组第3天的中肠CPR活性低于对照组,其余时间几乎都高于对照组,400 mg/kg NaF处理组在第4天的CPR活性最高,且各NaF处理组的CPR活性差异显著(P<0.05);耐氟品种T6 NaF处理组和对照组的中肠CPR活性整体上呈先升后降的趋势,几乎都在第2天达到最高值,各组之间的差异不显著(P>0.05)。氟化物敏感品种734的4个NaF处理组的中肠CR活性呈现先升后降的趋势,而对照组呈下降趋势;耐氟品种T6的50、100、400 mg/kg NaF处理组在第1～2天的中肠CR活性呈明显下降趋势,之后的变化相对较小,对照组的CR活性仅在第3～4天略高于NaF处理组,而其余时间NaF处理组的CR活性较高。2个家蚕品种添食不同浓度NaF后的中肠CR活性差异均不显著(P>0.05)。试验结果显示,耐氟品种T6在NaF作用下中肠的CPR和CR活性变化范围(分别为对照组的0.4～2.0倍和0.3～2.9倍)远小于氟化物敏感品种734这2种酶的活性变化范围(分别为对照组的0.6～9.3倍和0.4～4.6倍)。初步推测CPR和CR与家蚕对氟化物代谢具有一定的关联。     

添食氟化物对家蚕中肠组织细胞色素P450和b5含量的影响

为了探讨家蚕对NaF的代谢机制,以家蚕耐氟品种T6和敏感品种734为材料,5龄起蚕分别添食用200、400mg/LNaF溶液浸泡后的桑叶,检测蚕体内氧化酶系重要成员细胞色素P450和b5的含量变化。添食NaF后的168h内,耐氟品种T6中肠组织的细胞色素P450含量比添食清水对照组高3～7倍,细胞色素b5含量的增长与细胞色素P450含量的增长具有较高的相关性(R2=0.8220);添食不同浓度NaF溶液的差异不显著。添食NaF后的24～48h,敏感品种734中肠组织的细胞色素P450含量迅速增加,为添食清水对照组的1～2倍,随后逐渐下降,细胞色素b5含量的增长与细胞色素P450含量的增长无较好的线性关系(R2=0.4727);添食不同浓度NaF溶液的差异不显著。在氟化物作用下,耐氟品种T6中肠组织的细胞色素P450、b5含量显著增加,对氟化物敏感品种734中肠组织的细胞色素P450、b5含量变化相对较小,推测细胞色素P450和b5与家蚕对氟化物的代谢具有一定关联。     

利用SSR标记对家蚕卵非胶着性基因(Ng)的定位分析

家蚕卵非胶着性基因(No-glue,Ng)位于第12染色体,Ng突变体的雌性成虫生殖器的粘液腺只分泌极少量的粘性物质,因此产下的卵不能粘着而成为天然散卵,是研究家蚕粘液蛋白分泌机制的重要材料。利用雌性家蚕的W染色体和Z染色体间不发生交换的特点,采用产胶着卵的家蚕品系KY和产非胶着卵的家蚕品系巴格达特(Ba)组配正反交群体(Ba×KY)F1♀×KY♂和KY♀×(Ba×KY)F1♂2种材料,分别记作BC1F和BC1M,根据已经构建的家蚕SSR分子标记连锁图谱对Ng基因进行连锁分析及定位。BC1F群体中的所有产非胶着卵的个体均表现出与(Ba×KY)F1相同的杂合型带型;而所有产胶着卵个体的带型与亲本KY一致,为纯合型。筛选出4个与Ng基因连锁的SSR标记,并利用BC1M群体构建Ng基因的SSR标记遗传连锁图,连锁图的遗传距离为51.9cM,与Ng基因最近的引物为S1213,图距为0cM。     

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