基于中肠代谢组学意大利蜜蜂工蜂枣花病的发病机理研究

【目的】利用代谢组学分析患枣花病意大利蜜蜂Apis mellifera ligustica工蜂中肠内代谢物变化,挖掘出与蜜蜂枣花病相关的重要代谢通路,旨在揭示蜜蜂枣花病发病机制,为枣花病靶向药物的研发提供理论依据。【方法】分别利用液相色谱-质谱联用(liquid chromatography-mass spectrometry, LC-MS)和气相色谱-质谱联用(gas chromatography-mass spectrometry, GC-MS)技术对患枣花病和健康意大利蜜蜂工蜂进行中肠非靶向代谢组检测;通过主成分分析(principal component analysis, PCA)和正交偏最小二乘法判别分析(orthogonal partial least squares discriminant analysis, OPLS-DA),以变量投影重要性(variable projection importance, VIP)>1.0,差异倍数(fold change, FC)>2.0和P<0.05为标准筛选差异代谢物,并对其进行KEGG注释和通路富集;利用生...     

中华蜜蜂PLA2基因的生物信息学分析及响应高温胁迫的表达模式

磷脂酶A2 (PLA2)对细胞膜流动性、膜蛋白活性等细胞生理功能有重要调节作用。高温等环境压力对细胞的生理代谢有较大的影响,其在生物体抗逆过程中的调控作用一直备受关注。本研究以中华蜜蜂Hymenoptera: Apidae: Apis cerana cerana PLA2基因序列为基础,对其蛋白结构进行预测,分析该基因在不同温度和高温不同胁迫时间下的表达差异,以揭示该基因在中华蜜蜂抗高温过程中的生理功能。结果显示,中华蜜蜂PLA2基因包含745 bp的开放阅读框,编码169个氨基酸,蛋白分子量为19.3 kDa,无跨膜结构,不属于膜蛋白。氨基酸同源序列比对结果显示,中华蜜蜂PLA2序列与蜜蜂科昆虫的相似性最高,与其他膜翅目昆虫的相似性存在差异。qRT-PCR结果显示,PLA2在35℃、40℃和45℃处理下的表达量较高,较高的温度能诱导该基因表达的增加。同时,PLA2的表达受高温胁迫时间的影响,较长时间的高温胁迫导致PLA2基因的表达增加。本研究结果表明PLA2在中华蜜蜂应对高温胁迫时发挥重要生理功能。     

中华蜜蜂嗅觉受体AcerOrco的表达及定位分析

【目的】通过对中华蜜蜂Apis cerana cerana嗅觉受体AcerOrco的表达及蛋白定位分析,阐明AcerOrco的表达特性,以期为进一步探索其功能提供理论依据。【方法】分别通过qRT-PCR技术和Western blot技术对中华蜜蜂气味受体AcerOrco mRNA及蛋白在内勤蜂和采集蜂5个组织部位(触角、头、胸、腹和足)中的相对表达量进行分析,采用免疫组化技术对AcerOrco蛋白的表达进行定位分析。【结果】定量结果显示,AcerOrco转录本在内勤蜂和采集蜂各组织中均有表达,其中触角中的表达量最高;该基因在采集蜂各组织中的表达量普遍高于内勤蜂。AcerOrco受体蛋白在内勤蜂和采集蜂各组织中也均有表达,在触角和头部的表达量明显高于其他组织。定位结果显示,在内勤蜂触角中,AcerOrco主要在毛形感器中表达,板形感器中表达不明显;在采集蜂触角的板形感器和毛形感器中均有表达,但毛形感器中的表达更多一些。【结论】获得了AcerOrco mRNA及其蛋白在内勤蜂和采集蜂各组织中的表达特性,并将这一蛋白表达定位于工蜂触角的毛形感器和板形感器中。     

中华蜜蜂Malvolio基因 Acmvl 的克隆及组织表达分析

【目的】本研究克隆了中华蜜蜂Apis cerana cerana Malvolio (Mvl)基因的cDNA序列,分析了其编码蛋白的结构特点,并探讨其mRNA在内勤蜂、采蜜蜂和采粉蜂各部位组织中的表达差异,以期为该基因的生物学功能研究提供参考。【方法】利用RT-PCR技术从中华蜜蜂内勤蜂头部组织中扩增和克隆获得Acmvl的全长序列,并采用多种生物信息学软件分析Acmvl蛋白的结构特征;采用Real-time PCR对中华蜜蜂Acmvl在内勤蜂、采蜜蜂和采粉蜂各组织中的表达特征进行分析。【结果】Acmvl基因cDNA全长为2 130 bp（GenBank登录号：KP662686）,编码587个氨基酸,预测该蛋白分子量为65.86 kD,等电点为6.03,无信号肽,存在11个跨膜结构域、9个糖基化位点和14个潜在磷酸化位点;系统发育树分析结果显示,中华蜜蜂Acmvl与其他膜翅目昆虫Malvolio聚为一支,与小鼠Mus musculus和人Homo sapiens Nramp家族的Nramp2聚为另一大分支,且与小鼠、水稻 Oryza sativa 、黑腹果蝇 Drosophila melanogaster 和酵母Saccharomyces cerevisiae的Nramp家族同源体在跨膜区、跨膜区带电残基及转运蛋白特征结构域上有很高的保守性,尤其是与Nramp2。Acmvl 基因在中华蜜蜂各部位组织中均有表达,但高表达于内勤蜂的胸部及采蜜蜂和采粉蜂的腹部和足部,提示该基因表达的差异影响采集行为。【结论】Acmvl 属于Nramp基因家族,可能为Nramp2的同源基因,该基因影响采集行为可能与转运Cu²⁺, Mn²⁺和Fe²⁺（尤其是Fe²⁺）有关。     

大蜡螟气味受体基因Gmel/Orco的克隆与序列分析

为进一步研究大蜡螟嗅觉通讯分子机制和寻求新的大蜡螟防治技术,本研究克隆了大蜡螟Galleria mellonella L.的气味受体基因Gmel/Orco,并对其序列进行生物信息学分析。根据GenBank中已发表的鳞翅目昆虫非典型气味受体家族基因的氨基酸保守序列设计简并引物,采用RT-PCR方法扩增目的基因,将其克隆至T载体并测序。克隆获得大蜡螟气味受体Orco的cDNA序列,命名为Gmel/Orco(GenBank登录号:KT020861),序列分析结果显示,Gmel/Orco开放阅读框长1425 bp,编码474个氨基酸,分子量为53.36 k D,等电点为8.44,序列中有7个跨膜区,N-端在细胞膜内,C-端在细胞膜外。通过在Gen Bank中进行序列的同源性比较,该基因与已公布的鳞翅目螟蛾科、夜蛾科昆虫的非典型气味受体基因序列有较高的同源性。克隆所获得的基因属于非典型气味受体家族基因。     

昆虫气味结合蛋白的研究进展

摘要: 昆虫主要依赖其复杂且灵敏的化学感受系统来识别并区分外界环境中的各种化学信号。嗅觉是负责嗅觉信号传导的感官方式,能够引起昆虫觅食、产卵、交配和躲避天敌等对生存和繁殖至关重要的行为反应。在嗅觉感知过程中,气味结合蛋白(odorant binding proteins, OBPs)最先与外界脂溶性化学物质相互作用,并将其转运至化学受体神经元上,激活树突膜表面分布的嗅觉受体(olfactory receptors, ORs),是嗅觉系统正常运行的必需蛋白。近年来,随着高通量测序和分子生物学技术的快速发展,越来越多的昆虫OBPs相继得以鉴定并开展功能研究。昆虫OBPs是一类可溶性的小分子蛋白,一般由6个α-螺旋构成一个稳定、紧密的疏水性结合腔,其构象变化因昆虫种类和配体结构不同而有所差异。OBPs的分布不受限于嗅觉器官,还在口器、足、中肠、腺体等非嗅觉组织中表达,具有嗅觉识别、味觉感受、营养物质转运、信息素合成与释放、组织发育与分化等生理功能。OBPs行使以上功能的共同特性为结合和溶解包括信息素组分、普通气味分子和非挥发性物质等的疏水性小分子物质。昆虫OBPs的稳定性和多功能性暗示其可广泛应用于害虫防治、生物传感器、分析化学、生态学等多个领域。本文对过去20多年来昆虫OBPs的相关研究进行综述,为进一步深入开展OBPs的功能研究提供理论参考。     

大蜡螟触角转录组及嗅觉相关基因分析

【目的】大蜡螟Galleria mellonella Linnaeus是世界范围内蜂群中普遍存在的害虫,给世界养蜂业带来了巨大的危害。本研究旨在建立大蜡螟触角转录组数据库,挖掘大蜡螟嗅觉相关基因,为今后利用嗅觉基因靶标防治大蜡螟提供分子生物学信息数据。【方法】利用高通量测序平台(Illumina HiSeqTM 2500)对大蜡螟触角进行转录组测序和组装,通过筛选转录组数据库,鉴定出嗅觉相关基因。【结果】成功构建了大蜡螟触角转录组,经序列拼接获得188 278条unigenes,平均长度为781 bp,N50为1 161 bp。使用BLAST软件将大蜡螟触角unigenes序列与7大公共数据库比对,共注释到108 047条unigenes,其中NR数据库注释的unigenes最多,为78 746条,占41.82%,且NR注释的大蜡螟unigenes中与家蚕Bombyx mori类似基因最多,为18.4%。将unigenes与GO数据库比对发现,共有69 794条unigenes注释到GO数据库中,按照其所参与的生物过程、细胞组分和分子功能对其进行GO功能分类,共含有55个亚类,其中参与结合和催化功能及代谢过程的unigenes比例较大;KEGG代谢途径分析表明,14699条unigenes形成231条代谢通路,其中被注释在信号传导通路中的unigenes最多,为2 401条,占16.33%。进一步基因注释分析,鉴定得到226个候选嗅觉相关基因,包括52个气味结合蛋白(Odorant binding proteins,OBPs)基因,36个化学感受蛋白(Chemosensory proteins,CSPs)基因,80个气味受体(Odorant receptors,ORs)基因,56个离子型受体(Ionotropic receptors,IRs)基因和2个感觉神经元膜蛋白(Sensory neuron membrane proteins,SNMPs)基因;通过比较雌、雄大蜡螟转录组鉴定出114个差异表达基因,包括5个嗅觉相关基因(OBP8、OBP17、CSP3、CSP34和OR15);114个差异表达基因中,66个基因在雌蛾触角中高表达,48个基因在雄蛾触角中高表达。【结论】本研究获得了大蜡螟触角转录组数据,并鉴定出候选嗅觉相关基因,结果为进一步研究大蜡螟的基因功能及嗅觉感受机制奠定分子基础。     

中华蜜蜂气味受体基因AcerOr167的克隆及表达分析

本研究通过RT-PCR获得中华蜜蜂气味受体基因Or167的cDNA序列,并采用多种生物信息学软件对其结构特征进行预测分析;利用荧光定量PCR检测Acer Or167 m RNA在工蜂羽化后不同发育阶段(1、5、10、15、20、25和30日龄)和不同组织(触角、头、胸、腹、足、翅)中的相对表达量。克隆获得中华蜜蜂Or167的c DNA序列,命名为Acer Or167(Gen Bank登录号为KF239369),其全长1311 bp,编码436个氨基酸,预测有5个跨膜结构域;多序列比对结果显示,中华蜜蜂Acer Or167与西方蜜蜂Amel Or167的一致性最高,达94%,而与毕氏粗角蚁Cbir Or4-like的一致性最低,为49%;荧光定量结果显示,Acer Or167 m RNA在成蜂不同发育期的各个组织中均有表达,且触角中的表达量极显著高于其它各个组织(P0.01),在头、胸、腹、足、翅中有少量表达;从触角不同发育阶段的表达情况来看,1日龄表达量最低,5日龄表达量显著升高,20日龄表达量最高,且极显著高于其它各日龄(P0.01)。推测Acer Or167可能在中华蜜蜂的嗅觉识别系统中起着重要的作用,与中华蜜蜂外出采集,识别花香气味有关。本研究为进一步深入研究中华蜜蜂传统气味受体的功能奠定理论基础。     

中华蜜蜂气味受体AcerOr2的体外表达特性研究

本研究旨在对中华蜜蜂Apis cerana cerana气味受体基因AcerOr2体外表达特性进行分析验证。本研究利用qRT-PCR和Western blotting检测体外RNA干扰（RNAi）的效果,并通过钙离子成像检测该受体在RNAi前后对气味配体的结合特性。结果显示：体外AcerOr2的最佳干扰浓度为5 μg的dsAcerOr2,其能有效抑制目的基因在Sf9细胞中mRNA和蛋白的表达,且AcerOr2本身缺乏对植物气味物质的敏感性,只对其激动剂VUAA1敏感,RNAi后其对VUAA1敏感也有所降低。AcerOr2体外表达特性的验证,可以为进一步研究AcerOr2在嗅觉过程中的功能机制提供基础。     

基于线粒体基因的东方蜜蜂群体亚分化研究

【目的】进一步了解我国境内东方蜜蜂Apis cerana(Fabricius)群体的亚分化状况,为保护和合理利用这一宝贵的蜂种资源提供理论依据。【方法】采用公开的两对引物对中国境内19个地区的东方蜜蜂线粒体tRNAIle~ND2与16S rRNA基因的部分序列进行了扩增、测序,并与其他地区东方蜜蜂的相应序列进行了比对分析。【结果】扩增获得的tRNAIle~ND2基因的部分序列长度为471~474 bp,序列中共13个变异位点;16S rRNA基因的部分序列长度为581~585 bp,序列中共6个变异位点。ND2基因部分蛋白比对结果显示,仅山西沁源东方蜜蜂有一个位点发生变异。【结论】基于两基因部分序列所构建的系统发育树表明,海南东方蜜蜂明显区别于其他地区的东方蜜蜂;阿坝地区的东方蜜蜂可能属于高海拔地区的一种生态型,未支持其单独作为一个亚种的结论;吉林3个地区的东方蜜蜂之间亲缘关系较近,可能属于一个生态型;云南东方蜜蜂的变异比较丰富。