家蚕幼虫BmToll9基因对肽聚糖和金黄色葡萄球菌的响应表达

【目的】Toll信号通路是昆虫中重要的免疫信号通路,其中Toll受体在保持Toll通路的正常免疫应答、抵抗外源病原体中起到关键的作用。本研究旨在探究肽聚糖和金黄色葡萄球菌Staphylococcus aureus对家蚕Bombyx mori Toll受体基因BmToll9-1和BmToll9-2表达的影响。【方法】将革兰氏阳性菌细胞壁主要成分肽聚糖和革兰氏阳性菌金黄色葡萄球菌分别注射感染家蚕5龄第1天幼虫,诱导其发生免疫反应;采用实时荧光定量PCR分析注射后不同感染时间点BmToll9-2和BmToll9-1基因在家蚕幼虫中肠、表皮、脂肪体和丝腺中的相对表达水平。【结果】往家蚕5龄幼虫中注射肽聚糖或金黄色葡萄球菌后,BmToll9-2基因出现了时间和组织的差异性表达。注射肽聚糖和金黄色葡萄球菌均能诱导5龄幼虫中肠BmToll9-2基因的表达上调,注射肽聚糖和金黄色葡萄球菌分别在3和6 h时对基因表达的诱导效果最好,且注射金黄色葡萄球菌比注射肽聚糖对基因表达的诱导效果更好。注射金黄色葡萄球菌能引起5龄幼虫表皮、脂肪体和丝腺中BmToll9-2基因的表达上调,分别于注射后24, 6和24 h时诱导效果最好。注射金黄色葡萄球菌亦能诱导同源的BmToll9-1基因的上调表达。【结论】家蚕幼虫BmToll9基因在肽聚糖或金黄色葡萄球菌注射处理后均能在不同组织中发生上调表达,推测BmToll9基因参与了家蚕对肽聚糖和金黄色葡萄球菌的免疫反应。     

细菌感染对家蚕DNA甲基化与组蛋白乙酰化相关基因表达的影响

【目的】探讨DNA甲基化及组蛋白乙酰化是否参与家蚕 Bombyx mori 免疫反应的调控。【方法】对家蚕与其他生物的DNA甲基转移酶 (DNMT)、组蛋白去乙酰化酶（HDAC）与组蛋白乙酰转移酶（HAT）的蛋白序列进行系统进化分析;利用定量PCR检测家蚕5龄第3天幼虫感染病原菌绿脓杆菌 Pseudomonas aeruginosa 和金黄色葡萄球菌 Staphylococcus aureus 后 BmDNMT 1, BmHDACI-1, BmHDACI-2和 BmHAT 1在家蚕脂肪体组织中的表达变化;给家蚕5龄第2天幼虫注射DNMT, HDAC和HAT抑制剂,观察它们对家蚕感染细菌后的存活率的影响。【结果】系统进化分析显示,BmDNMT1在进化上呈现特殊性,独立于其他昆虫DNMT1的进化,而BmHDACs和BmHAT在进化上相对保守。定量PCR检测表明,在两种细菌感染后,BmDNMT1, BmHDACs 和 BmHAT1 在家蚕幼虫脂肪体中的表达水平均有不同程度的上升。然而,DNMT, HDAC和HAT抑制剂对家蚕幼虫感染细菌后的存活率并无明显影响。【结论】本研究发现感染绿脓杆菌和金黄色葡萄球菌后,家蚕幼虫脂肪体中 BmDNMT1, BmHDACs 和 BmHAT1 的表达水平有不同程度的上调,推测DNA甲基化和组蛋白乙酰化/去乙酰化可能参与家蚕免疫反应的调控。     

家蚕半乳糖凝集素BmGalectin-4的表达、纯化及性质分析

【目的】鉴定一种新的家蚕Bombyx mori半乳糖凝集素(galectin)基因,分析其序列和结构特征,测定其在微生物感染后的表达变化,分析其重组表达蛋白与微生物及微生物表面多糖分子的结合特性。【方法】利用TBlastN从家蚕基因组数据库中搜索得到一种新的半乳糖凝集素基因,命名为BmGalectin-4。利用生物信息学分析其序列和结构特征,用半定量RT-PCR检测家蚕分别感染病原菌绿脓杆菌Pseudomonas aeruginosa、金黄色葡萄球菌Staphylococcus aureus和白色念珠菌Candidiasis albicans后BmGalectin-4在不同组织中的表达变化,采用原核表达技术对该基因进行重组表达,并利用亲和层析得到纯化的蛋白。通过ELISA检测BmGalectin-4与细菌和真菌的结合;通过Western blot检测它与多糖的结合。【结果】序列分析显示,BmGalectin-4是一种串联重复型半乳糖凝集素,含有2个糖识别结构域,其结构非常保守。RT-PCR检测表明,BmGalectin-4在家蚕脂肪体、血细胞和中肠中都有表达,且感染细菌和真菌后其表达有显著变化。纯化的重组BmGalectin-4与革兰氏阳性菌、阴性菌和真菌有较强的结合,与微生物表面多糖的结合试验表明其识别有较高的特异性。【结论】BmGalectin-4 是一个典型的串联重复型半乳糖凝集素,可能参与家蚕对病原微生物的免疫防御反应。本研究为进一步研究昆虫中半乳糖凝集素的功能奠定了基础。     

金黄色葡萄球菌丝氨酸类蛋白酶B的表达及活性鉴定

目的:以金黄色葡萄球菌基因组DNA为基础,在枯草芽孢杆菌中得到具有剪切功能的金黄色葡萄球菌丝氨酸类蛋白酶B。方法:以金黄色葡萄球菌基因组DNA为模板,PCR扩增得到SplB基因,同源重组到表达载体pHTSHIS上,再转化枯草芽孢杆菌;优化诱导条件发酵枯草芽孢杆菌,离心后超滤浓缩上清液,再经镍柱分离纯化;利用SDS-PAGE、Lowry法对蛋白的相对分子质量、浓度等进行分析,对蛋白的酶切活性进行鉴定。结果:金黄色葡萄球菌基因组DNA经PCR扩增得到与预计大小相符的DNA片段,通过同源重组构建了表达载体pHTS-SplB-His;选取诱导前菌液D_(600nm)为2.0、IPTG浓度为0.5 mmol/L、诱导4 h的最优条件发酵枯草芽孢杆菌,表达大量金黄色葡萄球菌丝氨酸类蛋白酶B;蛋白浓缩后,经镍柱分离纯化得到纯度较高且具有剪切功能的金黄色葡萄球菌丝氨酸类蛋白酶B。结论:采用枯草芽孢杆菌进行发酵表达,可提高金黄色葡萄球菌丝氨酸类蛋白酶B的表达量,并且能够得到具有剪切功能的蛋白。本研究可为外源蛋白在枯草芽孢杆菌中的发酵技术提供重要参考。     

家蚕3-羟酰辅酶A脱氢酶基因全长cDNA克隆及其在质型多角体病毒感染家蚕的差异表达

家蚕质型多角体病毒(Bombyx mori cytoplasmic polyhedrosis virus,BmCPV)是家蚕的重要病毒病原之一,往往给养蚕业生产造成极大危害。我们以前的研究运用基因芯片技术在感染质型多角体病毒的家蚕中肠中鉴定出一个差异表达的3-羟酰辅酶A脱氢酶蛋白基因(Bombyx mori3-hydroxyacyl-CoA dehyrogenase protein gene-Bm3HAD)。本研究利用cDNA末端快速扩增技术(RACE)克隆了该基因,其全长cDNA序列为1168bp,包含一个83bp5’端非翻译区序列(5’-UTR)、一个930bp的开放阅读框(ORF)和一个155bp的3’端非翻译区序列(3’-UTR);基因结构分析发现该基因由5个外显子和4个内含子组成。RT-PCR结果显示该基因在家蚕中肠、脂肪体、血液、丝腺及生殖体中均有表达。荧光定量PCR结果表明该基因在BmCPV感染初期为上调表达,随着病毒感染的进展,该基因的表达水平逐渐降低,并转变为下调表达。研究结果为进一步研究BmCPV对家蚕致病的分子机制提供了有益的信息。     

感染球孢白僵菌的家蚕免疫应答差异表达基因分析

【目的】筛选家蚕Bombyx mori应对白僵菌Beauveria bassiana侵染的应答基因, 以进一步研究家蚕抵御真菌侵染的分子机制。【方法】采用新一代Solexa高通量测序技术对感染白僵菌及未感染白僵菌的对照组家蚕进行了测序分析, 筛选差异表达基因; 结合生物信息学工具分析差异表达基因的功能注释、 分类及涉及的信号通路等; 应用荧光定量PCR技术验证10个基因的差异表达。【结果】通过测序和生物信息学分析共获得377个差异表达基因, 其中表达上调基因236个, 下调基因141个; KEGG通路分析表明, 各通路中既有表达上调的基因, 也有下调基因; 12个上调基因、 26个下调基因参与3个显著性富集的KEGG通路, 即核糖体、 氨酰tRNA生物合成和剪接体通路。定量PCR与测序结果显示, 溶菌酶、 热激蛋白、 谷胱甘肽S-转移酶、 肽聚糖识别蛋白等与免疫应激相关的蛋白基因均呈现表达上调。【结论】本研究筛选获得的差异表达基因, 特别是上调表达的基因可能与家蚕应对白僵菌侵染的应答机制有关, 其中与免疫应激相关的蛋白基因如溶菌酶、 热激蛋白、 谷胱甘肽S 转移酶、 肽聚糖识别蛋白基因等可能直接参与了家蚕对白僵菌的免疫识别和防御, 研究结果为从分子水平阐明家蚕抵御真菌侵染的防御机制和白僵菌对家蚕的致病机理提供新的依据。     

光滑鳖甲肽聚糖识别蛋白ApPGRP的表达与功能分析

【目的】旨在研究光滑鳖甲Anatolica polita肽聚糖识别蛋白(peptidoglycan recognition proteins, PGRPs)基因ApPGRP表达模式及其对下游免疫相关基因的表达调控,以及重组蛋白ApPGRP与细菌的结合能力。【方法】构建原核表达载体pET-28a-ApPGRP,转化大肠杆菌Escherichia coli BL21(DE3),诱导表达并纯化重组蛋白His-ApPGRP,分别测定其与金黄色葡萄球菌Staphylococcus aureus和肽聚糖(peptidoglycan, PGN)的结合能力。金黄色葡萄球菌S.aureus刺激后,利用qRT-PCR检测光滑鳖甲6龄幼虫体内ApPGRP、抗菌肽基因ApAttacin2和ApAttacin1、防御素基因ApDefensin、丝氨酸蛋白酶基因ApSP和丝氨酸蛋白酶抑制剂基因ApSerpin等免疫相关基因的表达水平;采用RNAi技术沉默光滑鳖甲6龄幼虫体内ApPGRP基因的表达,并利用qRT-PCR分别检测RNAi处理以及RNAi后再用S.aureus刺激时幼虫体内上述基因的表达水平变化。【结果】通过原核表达获得了重组蛋白His-ApPGRP,其具有结合金黄色葡萄球菌和肽聚糖的能力。注射金黄色葡萄球菌后,检测的光滑鳖甲6龄幼虫免疫相关基因(ApSP除外)的表达都显著上调;RNAi沉默光滑鳖甲6龄幼虫ApPGRP后,其他免疫相关基因表达量均显著降低,其响应金黄色葡萄球菌刺激后的表达量也显著低于对照组。【结论】这些结果表明,ApPGRP在光滑鳖甲免疫防御中起着识别外源微生物,激活信号通路并调控抗菌肽表达的作用。     

家蚕组织蛋白酶基因家族的鉴定及表达特征分析

家蚕是鳞翅目完全变态昆虫,在其变态过程中伴随着巨大的形态变化,包括旧组织的解离和新组织的形成,在这过程中有多种组织蛋白酶参与。组织蛋白酶是一类细胞内蛋白酶,广泛存在于各个物种中,包括组织蛋白酶B、H、L等几个亚家族。对家蚕组织蛋白酶的研究将有利于阐明家蚕变态发育的详细过程。通过对家蚕基因组数据库进行筛选,共在家蚕中鉴定到13种组织蛋白酶,并对这13种组织蛋白酶的基本信息和表达模式进行了分析。另外,利用家蚕基因芯片数据和荧光定量PCR分析,鉴定编号为BGIBMGA004622的基因为卵巢特异表达的组织蛋白酶L亚家族基因。该基因全长1 209 bp,编码402个氨基酸。经过序列分析,该酶与其他物种的组织蛋白酶L具有较高的同源性,其活性位点高度保守,且与鳞翅目的组织蛋白酶L在进化上聚为一支。同时,对该基因进行克隆并原核表达,结果显示重组蛋白以包涵体的形式表达。定量PCR结果显示,该酶在蛹发育初期表达量逐渐升高,至蛹3 d达到最高值,推测其可能参与卵巢与卵母细胞的发育过程。     

金黄色葡萄球菌一氧化氮合酶基因(nos)缺失突变株的构建

目的：构建金黄色葡萄球菌一氧化氮合酶基因（nos）缺失突变株。方法从金黄色葡萄球菌RN6390的基因组DNA中扩增了nos基因的上、下游片段;以大肠杆菌和金黄色葡萄球菌穿梭质粒pMAD（含有温度敏感性的复制起点,红霉素抗性基因（erm）和B．半乳糖苷酶基因（bgaB）为筛选标记）为骨架,构建基于nos基因位点的同源重组载体pMADAnos,该载体经金黄色葡萄球菌RN4220修饰后再转入金黄色葡萄球菌RN6390。经过在30℃和42℃交替培养,通过抗生素抗性和β-半乳糖苷酶活性筛选nos基因缺失突变株。结果筛选得到的突变菌株,经基因组PCR、定量PCR及序列分析表明,金黄色葡萄球菌RN6390基因组中的nos基因被成功地敲除。结论利用同源重组的方法构建了金黄色葡萄球菌RN6390nos缺失突变株,为金黄色葡萄球菌nos基因功能的研究奠定了基础,     

家蚕中肠组织抗核型多角体病毒病的相关蛋白分析

家蚕中肠上皮是病毒经口侵入遇到的第一个组织。昆虫幼虫抵御杆状病毒的感染,可通过选择性的使感染的中肠上皮细胞发生调亡并在释放病毒粒子进入血淋巴之前使感染的细胞从中肠脱落。为研究家蚕抗核型多角体病毒(Bombyx mori nucleopolyhedrovirus, BmNPV)病的机制,通过对BmNPV高度抗性和高度敏感性的家蚕品系杂交和回交构建了近等基因系。本文对家蚕高抗,敏感及近等基因系5龄起蚕中肠组织的蛋白质表达谱进行了二维电泳 (two-dimensional gel electrophoresis,2-DE) 分析,并利用基质辅助激光解吸电离飞行时间 (matrix-assisted laser desorption/ionization-time of flight, MALDI-TOF) 质谱对差异蛋白进行鉴定。结果发现了5个差异表达的蛋白。推测这些蛋白可能与家蚕中肠对BmNPV的抗性或感性有关。     

Differentially expressed genes in resistant and susceptible Bombyx mori strains infected with a densonucleosis virus

We investigated variations in the gene expression of Bombyx mori following infection with a densonucleosis virus (BmDNV-Z). Two B. mori near-isogenic lines, Jingsong and Jingsong.nsd-Z.NIL, which are highly susceptible and completely resistant to BmDNV-Z, respectively, were used in this study. The infection profiles of BmDNV-Z in the midguts of the B. mori Jingsong and Jingsong.nsd-Z.NIL larvae revealed that the virus invaded the midguts of both of these strains. However, its proliferation was notably inhibited in the midgut of the resistant strain. By using the suppression subtractive hybridization method, three cDNA libraries were constructed to compare BmDNV-Z responsive gene expression between the two silkworm lines. In total, 151 differentially expressed genes were obtained. Real-time qPCR analysis confirmed that 11 genes were significantly up-regulated in the midgut of the Jingsong.nsd-Z.NIL strain following BmDNV-Z infection. Our results imply that these up-regulated genes might be involved in B. mori immune responses against BmDNV infection.     

The piRNA response to BmNPV infection in the silkworm fat body and midgut

Bombyx mori nucleopolyhedrovirus (BmNPV) is a DNA virus that causes huge losses to the silkworm industry but the piRNA responses during BmNPV infection in the silkworm remain uninvestigated. Here, silkworm piRNA profiles of uninfected and BmNPV-infected fat body and midgut were determined by high-through sequencing in the early stages of BmNPV infection. A total of 2675 and 3396 genome-derived piRNAs were identified from fat body and midgut, respectively. These genome-derived piRNAs mainly originated from unannotated instead of transposon regions in the silkworm genome. In total, 572 piRNAs were associated with 280 putative target genes in fat body and 805 piRNAs with 380 target genes in midgut. Compared to uninfected tissues, 322 and 129 piRNAs were significantly upregulated in BmNPV-infected fat body and midgut, respectively. In addition, 276 and 117 piRNAs were significantly downregulated. Moreover, differentially expressed (DE) piRNAs during BmNPV infection differed significantly between fat body and midgut. Putative DE piRNA–targeted genes were associated with “response to stimulus” and “environmental information processing” in fat body after infection with BmNPV, which may indicate an active piRNA response to BmNPV infection in fat body. This study may lay the foundation for future research of the potential roles of the piRNA pathway and specific piRNAs in BmNPV pathogenesis.     

Structure and expression analysis of the cecropin-E gene from the silkworm, Bombyx mori

Cecropins belong to the antibacterial peptides family and are induced after injection of bacteria or their cell-wall components. By silkworm cDNA microarray analysis, a novel type of Cecropin family gene was identified as a cDNA up-regulated in early embryo, 1 day after oviposition. The cDNA isolated was 394 bp with 198 ORF translating 65 amino acids, encoding BmCecropin-E (BmCec-E). Using Southern hybridization and genome search analysis, the number of BmCec-E gene was estimated to be at least two per haploid, which consisted of two exons, as in other Cecropin family members. BmCec-E mRNA was expressed transiently 1 day after egg-laying (AEL, germ-band formation stage), and was specifically expressed in the degenerating intestine during the pre-pupal and pupal stages, unlike other Cecropin family genes. Immune challenge analysis showed that BmCec-E gene expression was more strongly induced by Escherichia coli (gram-negative) than by Micrococus luteus (gram-positive), and not by virus injection. By bacterial challenge, expression of BmCec-E mRNA was induced 12 h after injection, and was maintained for 24 h. Expression of BmCec-E after immune challenge was observed strongly in excretory organs, such as hindgut and malphigian, slightly in fat body, skin, and midgut.