西方蜜蜂采集蜂上颚腺中高表达基因的筛选与表达分析

【目的】本研究旨在筛选西方蜜蜂Apis mellifera采集蜂上颚腺中高表达基因,为进一步筛选和研究蜜蜂采集行为相关基因提供依据。【方法】基于前期测序的西方蜜蜂5种不同职能工蜂(3日龄工蜂、10日龄哺育蜂、10日龄采集蜂、21日龄哺育蜂和21日龄采集蜂)上颚腺转录组数据,筛选采集蜂上颚腺的差异表达基因(differentially expressed genes, DEGs),并对这些DEGs进行GO和KEGG分析;qRT-PCR检测随机选取的8个DEGs在10日龄哺育蜂和10日龄采集蜂上颚腺以及两个关键DEGs(Δ-1-吡咯啉-5-羧酸合成酶基因Amp5cs和细胞色素P450 9e2基因CYP9Q3)在工蜂不同发育时期和采集蜂各组织中的表达量。【结果】筛选到22个DEGs在21日龄采集蜂上颚腺中的表达量显著高于在3日龄工蜂、10日龄哺育蜂和21日龄哺育蜂上颚腺中的表达量,同时在10日龄采集蜂上颚腺中的表达量也显著高于在10日龄哺育蜂上颚腺中的表达量。GO和KEGG富集分析显示这些DEGs主要富集在胆固醇代谢、半乳糖代谢、淀粉和蔗糖代谢、精氨酸和脯氨酸代谢、细胞凋亡-果蝇、氨基酸生物合成等方面。qRT-PCR结果表明,8个DEGs(LOC100576395, LOC411983, LOC410235, LOC725581, LOC410527, LOC406131, LOC408453和LOC410253)的表达模式与转录组数据的表达模式一致;2个关键DEGs Amp5cs和CYP9Q3在工蜂各发育阶段均有表达,且在采集蜂中表达量最高;Amp5cs在采集蜂腹、胸、上颚腺和触角中高量表达,P450 9e2在采集蜂触角 和足中表达量显著高于在其他组织中的。【结论】本研究在减小日龄因素干扰下筛选了西方蜜蜂采集蜂上颚腺中22个高表达的DEGs,这些DEGs可能主要参与采集蜂上颚腺生理发育以及能量供应、外源性物质解毒、花蜜转化等代谢通路,进而影响蜜蜂的采集行为。这些结果为西方蜜蜂上颚腺的功能研究提供理论参考,同时也为采集力强的新品种培育奠定了基础。     

西方蜜蜂发育基因AmWnt1的克隆鉴定及时空表达分析

本研究旨在克隆鉴定西方蜜蜂Apis mellifera发育相关基因AmWnt1,分析其在不同发育时期和刚出房工蜂不同组织的表达特征,为进一步研究Wnt1基因功能提供理论参考。根据NCBI中AmWnt1基因序列信息,利用Primer 6.0设计引物,RT-PCR扩增AmWnt1基因完整的CDS序列,进行生物信息学预测,用推导的氨基酸序列构建系统进化树;利用荧光定量PCR检测该基因在卵（1日龄、2日龄和3日龄）、幼虫（1日龄、3日龄和5日龄）、预蛹（1日龄和3日龄）、蛹（0日龄、2日龄、4日龄、6日龄和8日龄）、刚出房工蜂、哺育蜂和采集蜂以及刚出房工蜂8个组织中相对表达量。克隆获得西方蜜蜂的Wnt1基因CDS序列,命名为AmWnt1,上传NCBI,获得GenBank登录号MT993937。全长1 239 bp,编码412个氨基酸,预测等电点为9.48,相对分子质量为46.40313 kDa。序列比对和系统进化树结果表明：AmWnt1蛋白与其它膜翅目昆虫聚为一类,其中和东方蜜蜂Apis cerana亲缘关系最近,序列相似度为99.50%。时空表达谱结果表明：AmWnt1基因在各个时期中均有表达,且在胚胎后期表达量最高,预蛹期和蛹前期表达量相对较高,其它时期表达量相对较低;AmWnt1基因在刚出房工蜂头、胸、触角表达量高于其它组织。AmWnt1可能参与西方蜜蜂胚胎晚期的神经系统发育和化蛹过程中的四肢发育等关键历程,为进一步研究AmWnt1功能提供了理论参考。     

西方蜜蜂Lozenge基因的克隆鉴定及时空表达分析

Lozenge蛋白（Lz蛋白）是昆虫的重要转录因子,在昆虫胚胎发育过程中发挥重要作用。为研究Lozenge在西方蜜蜂Apis mellifera中的作用,本研究克隆了Lozenge基因,并对其进行生物信息学分析,同时基于荧光定量PCR技术检测该基因在西方蜜蜂不同发育时期（卵期、幼虫期、蛹期和成年蜂）和10日龄哺育蜂各组织的表达谱。生物信息学分析结果显示,Lozenge基因的开放阅读框（ORF）为1 554 bp,共编码517个氨基酸,预测分子量为54.63918 kDa,等电点为6.08;结构域预测分析发现Lozenge蛋白含有一个Runt结构域,多物种蛋白序列对比发现该蛋白同源性高。时期表达谱表明,该基因在第1日卵和第2日卵的表达量远高于其他时期,在卵期表达量随时间依次递减,幼虫期表达量极低,蛹期表达量呈先增后减的趋势,而成年蜂中均有表达;组织表达谱显示,该基因在哺育蜂头部、上颚腺中的表达量较高,而在腹部的表达量低。这些结果表明,Lozenge基因可能在西方蜜蜂胚胎期细胞发育过程、哺育蜂蜂王浆合成和分泌过程中发挥重要作用,这些结果为该基因功能的深入研究提供了重要的理论参考。     

末端限制性片段长度多态性技术分析硝化细菌微生物多样性

利用T_RFLP(末端限制性片段长度多态性)技术,分析硝化细菌富集反应器中的微生物群落结构,并对硝化细菌的丰度进行半定量研究。结果表明,培养48h后,硝化细菌富集效果最佳,多样性指数与初始培养相比下降了62.80%,富集出的硝化细菌主要为亚硝酸盐氧化菌(Nitrobacter)。同时对投加该硝化细菌前后的对虾养殖水体进行微生物多样性的动态研究,并推测了虾塘水中可能稳定存在的几种主要细菌种类,其中投加富集硝化细菌前后均存在的细菌种类包括短芽孢杆菌Brevibacillus brevis、微杆菌Microbacterium lactium、固氮弧菌Azoarcus indigens或者霍氏鲍特菌Bordetella holmesii。     

吡虫啉胁迫对意大利蜜蜂哺育蜂免疫解毒相关基因表达及酶活力的影响

蜜蜂作为世界上最重要的授粉性昆虫,在采集过程中易接触到杀虫剂,前人研究表明新烟碱类杀虫剂吡虫啉（imidaclorprid）影响意大利蜜蜂Apis mellifera ligustica（简称“意蜂”）的存活和舞蹈、采集等行为。本研究旨在探究亚致死剂量吡虫啉胁迫对意大利蜜蜂哺育蜂（8日龄成年工蜂）免疫解毒相关基因表达、免疫解毒酶系活力及存活率的影响。结果显示哺育蜂连续取食3 d和9 d含0.1 ng/μL吡虫啉的蔗糖液后,其存活率与对照组（饲喂含等量丙酮的蔗糖溶液）无显著差异;连续饲喂11 d含0.1 ng/μL吡虫啉的50%蔗糖溶液后,其存活率与对照组有显著差异。荧光定量PCR检测及双抗体一步夹心法酶联免疫吸附试验结果显示哺育蜂取食吡虫啉3 d后,蜜蜂体内免疫基因多酚氧化酶基因（PPOA3,GB43738）,Abaecin类抗菌肽基因（ABA,GB18323）,葡萄糖脱氢酶基因（GLD, GB43007）和解毒基因细胞色素P450基因（CYP450 6a2,GB49876）,细胞色素B561基因（CYB561 2-like,GB40148）,葡萄糖醛酸转移酶（UDP-glucuronosyltransferase,GB52179）的表达及蜂体内体内细胞色素P450酶（cytochrome P450,CYP450）含量均有上调趋势,超氧化物岐化酶（superoxide dismutase,SOD）和过氧化氢酶（catalase,CAT）均有显著下调趋势;哺育蜂取食吡虫啉9 d后,PPOA3,ABA,GLD,CYP450 6a2,CYB561 2-like,UDP-glucuronosyltransferase的表达及蜂体内体内细胞色素P450酶含量均有下调趋势,多酚氧化酶（polyphenol oxidase,PPO）,超氧化物歧化酶和过氧化氢酶酶活力均有显著下调趋势。本研究在分子水平上提供了亚致死剂量吡虫啉是通过扰乱蜜蜂正常的免疫系统进而影响蜜蜂行为的证据,以期为维护蜜蜂健康提供一定的理论依据。     

意大利蜜蜂染色体DNA非编码区抗白垩病相关的SNP的筛选与验证

【目的】筛选验证意大利蜜蜂Apis mellifera ligustica染色体DNA非编码区与抗白垩病相关的SNP。【方法】本研究将蜜蜂球囊菌Ascosphaera apis孢子接种于人工饲养的意大利蜜蜂3日龄幼虫,根据是否存在白垩病症状进而筛选出抗病个体和易感个体。基于前期重测序结果中意大利蜜蜂第2和11号染色体DNA非编区与抗白垩病相关的SNP信息,利用PCR测序的方法筛选并验证意大利蜜蜂幼虫第2和11号染色体DNA非编码区与幼虫抗白垩病相关的55个SNP。【结果】发现位于意大利蜜蜂第11号染色体LOC100578413基因5′端的非编码区的SNP(T14570310C)在抗病个体中T等位基因频率高于C等位基因频率,且抗病个体中的T等位基因频率显著高于易感幼虫中的T等位基因频率,表明该SNP位点与抗白垩病相关。该分子标记对抗性个体和易感个体的判断结果与前期筛选的编码区SNP(C2587245T)分子标记的结果一致。【结论】筛选并验证意大利蜜蜂第11号染色体DNA非编码区的SNP(T14570310C)与抗白垩病相关。该位点为抗白垩病分子辅助选育提供新的分子标记,在意大利蜜蜂白垩病早期检测和培育白垩病抗性的蜂种方面具有重要意义。     

意大利蜜蜂哺育蜂学习记忆相关基因的转录组学分析

【目的】筛选与意大利蜜蜂Apis mellifera ligustica哺育蜂学习记忆密切相关的基因。【方法】在人工组建意大利蜜蜂蜂群中收集10日龄哺育蜂、21日龄哺育蜂、21日龄采集蜂,通过喙伸反应(proboscis extension reflex, PER)实验测定这3组样本之间学习记忆能力的差异。利用RNA-seq技术对具有学习能力和不具有学习能力的10日龄哺育蜂和21日龄哺育蜂脑中基因表达量进行全面分析,筛选出与哺育蜂学习记忆密切相关的差异表达基因(DEGs),并对这些差异表达基因进行GO和KEGG富集分析。qPCR检测随机选取的3个DEGs(上调基因TpnCⅢa和MED23以及下调基因Pkc)在具有学习能力和不具有学习能力的10日龄哺育蜂和21日龄哺育蜂脑中的表达量。【结果】PER实验结果显示,经过5次训练后,意大利蜜蜂21日龄哺育蜂的学习能力显著高于10日龄哺育蜂的,而21日龄哺育蜂和21日龄采集蜂的学习能力无显著差异;同样地,21日龄哺育蜂的记忆能力显著高于10日龄哺育蜂的,而21日龄哺育蜂和21日龄采集蜂的记忆能力无显著差异。RNA-seq分析筛选到88个与哺育蜂学习记忆密切相关的DEGs,其中18个上调表达,70个下调表达。GO富集结果显示,上调DEGs在生物学进程分类中富集的基因数最多,主要富集在信号转导、蛋白质加工修饰相关;下调DEGs也是在生物学进程分类中富集的基因数最多,主要富集在转录、信号转导、蛋白质生物合成相关,其中显著性富集在转录相关。KEGG富集结果显示,下调DEGs显著性富集在吞噬、光转导、AGE-RAGE信号通路。qPCR结果显示差异表达基因TpnCⅢa,MED23和Pkc在具有学习能力和不具有学习能力的10日龄哺育蜂和21日龄哺育蜂脑中的表达水平的变化趋势与RNA-seq数据中的变化趋势一致。【结论】PER实验表明日龄是影响意大利蜜蜂哺育蜂的学习和记忆能力的重要因素;同时本研究获得学习后哺育蜂脑部的基因表达变化趋势和富集分析,为深入研究哺育蜂学习记忆的分子机制奠定了重要的理论基础。     

硝化细菌中亚硝酸盐氧化还原酶的研究进展

亚硝酸盐氧化还原酶(nitrite oxidoreductase,NXR)是硝化细菌将亚硝酸盐氧化为硝酸盐的关键酶,广泛存在于亚硝酸盐氧化菌中.由于它是可溶性的膜内酶,其催化机理与膜内电子传递密切联系,给它的研究带来了一定的困难.本文综述了多年来国内外研究者从不同方面对NXR研究的成果,详细论述了NXR的组成结构、工作机理以及不同因子对其活性的影响,总结了近几年应用于研究NXR的新方法,并展望了对NXR研究的发展方向及其意义.     

意大利蜜蜂职能相关的两个细胞色素P450基因在附肢中的表达分析

[目的]本研究分析意大利蜜蜂Apis mellifera ligustica中细胞色素P450基因CYP6BD1和CYP49A1在不同日龄工蜂及相同日龄不同职能工蜂的附肢中的表达模式,旨在更好了解细胞色素P450基因在不同职能工蜂处理外源物质过程中的作用.[方法]通过组建蜂群收取3日龄工蜂、10日龄哺育蜂、21日龄采集蜂和21日龄哺育蜂样本,利用荧光定量PCR技术分别检测细胞色素P450基因CYP6BD1和CYP49A1在附肢(触角、前足、中足、后足)中表达情况.[结果]基因CYP6BD1在3日龄工蜂、10日龄哺育蜂、21日龄采集蜂各附肢中的表达量均依次显著增加,且该基因在21日采集蜂各附肢中的表达量显著高于21日哺育蜂;与CYP6BD1基因相比,基因CYP49A1在不同职能工蜂附肢中的表达量均较低,但在3日龄工蜂各附肢中表达相对较高.[结论]基因CYP6BD1和CYP49A1分别在采集蜂和3日龄工蜂各附肢中高量表达,2个基因在降解蜂群外和蜂群内部外源性物质中发挥重要作用,为进一步研究膜翅目昆虫的职能分工提供新的视角.