家蚕幼虫-蛹变态期前胸腺和脂肪体细胞解离和程序性细胞死亡的比较分析

【目的】检测家蚕Bombyx mori变态期前胸腺细胞的解离、自噬与凋亡,并与脂肪体的进行对比,从而解析昆虫幼虫-蛹变态期过程中不同组织重塑的异同。【方法】以家蚕5龄期、游走期、预蛹期和蛹期前胸腺和脂肪体组织为材料,在光学显微镜下观察前胸腺和脂肪体细胞解离情况;分别利用Lyso-Tracker和TUNEL染色,在荧光共聚焦显微镜下观察细胞自噬和细胞凋亡的发生情况;利用qRT-PCR检测家蚕前胸腺中自噬发生标志基因Atg8的表达水平;利用透射电镜观察前胸腺和脂肪体细胞自噬小体和前胸腺线粒体;利用Caspase3酶活性检测试剂盒测定Caspase3酶活性;利用qRT-PCR检测前胸腺中蜕皮酮(ecdysone)合成相关基因Spo,Phm,Dib和Sad的表达水平;利用酶免疫试验(enzyme-immunoassay, EIA)测定前胸腺中蜕皮酮的含量,进而检测合成蜕皮酮的活力。【结果】在家蚕幼虫到蛹的变态发育过程中,在化蛹第1天家蚕前胸腺和脂肪体细胞中同时开始出现细胞解离;脂肪体细胞自噬和凋亡分别在游走期和预蛹第1天开始出现并逐渐增强;而前胸腺一直到化蛹第2天都没有发生明显的细胞自噬和凋亡;此外,前胸腺中线粒体的形态变化和蜕皮酮合成相关基因的转录水平均与对应时期前胸腺合成蜕皮酮的活力一致。【结论】在变态发育时家蚕不同组织消亡发生的时间不同,虽然前胸腺和脂肪体在化蛹第1天同时出现细胞解离,但是前胸腺直到化蛹第2天都不发生细胞自噬和凋亡,可能与其持续合成蜕皮酮的功能有关。本研究为昆虫幼虫-蛹变态发育时期组织消亡的深入研究提供了理论依据与工作基础。     

LncRNA63及其共表达基因Hr3在家蚕中的表达和功能分析

【目的】本研究旨在通过对一个新的长链非编码RNA (long non-coding RNA, lncRNA)及其共表达基因在家蚕Bombyx mori中的表达和功能进行分析,进一步阐明lncRNA在调控家蚕变态发育中的分子机制。【方法】基于前期家蚕脂肪体转录组测序数据,我们发现在蜕皮激素20E(2 μg/μL)处理5龄幼虫早期的脂肪体中lncRNA63表达显著上调,家蚕激素受体基因Hr3与之共表达。利用qRT-PCR对lncRNA63和Hr3在家蚕不同发育时期(4-5龄幼虫、蛹和成虫)、5龄幼虫不同组织(头、体壁、血淋巴、中肠、马氏管、脂肪体、丝腺、精巢和卵巢)和2 μg/μL 20E处理2, 6, 12和24 h后5龄幼虫脂肪体中的表达谱进行分析;采用核质分离检测和原位杂交技术检测lncRNA63在家蚕BmN细胞中的定位;利用dsRNA干涉家蚕5龄幼虫个体中lncRNA63的表达,并利用qRT-PCR检测RNA干涉lncRNA63对头、丝腺、脂肪体和体壁中Hr3表达的影响。【结果】qRT-PCR结果表明,lncRNA63和Hr3在家蚕羽化前的蛹末期有一个表达高峰;二者在家蚕5龄幼虫头、体壁和丝腺中都有较高表达;lncRNA63和Hr3在2 μg/μL 20E处理2, 6和12 h的家蚕5龄幼虫脂肪体中较对照组(无水乙醇处理组)都显著上调,24 h下降到与对照组相当水平,二者的表达趋势完全一致。LncRNA63主要定位于BmN细胞核,但20E可诱导lncRNA63的核质迁移。利用dsRNA干涉lncRNA63表达后,Hr3的表达显著下调。【结论】20E不仅可调控lncRNA63的表达,还可诱导lncRNA63的核质迁移;lncRNA63可通过调控共表达基因Hr3的表达参与家蚕的变态发育过程。     

ATP合酶亚基d参与海藻糖代谢调控棉铃虫幼虫变态的分子机理

【目的】本研究旨在解析ATP合酶亚基d(ATP synthase subunit d, ATPs-d)参与海藻糖代谢调控棉铃虫Helicoverpa armigera幼虫发育和变态中的功能及分子机理。【方法】PCR扩增棉铃虫HaATPs-d的开放阅读框，并利用生物信息学方法对其序列及系统发育进行分析；利用qRT-PCR检测HaATPs-d在5龄蜕皮期幼虫和6龄幼虫表皮、中肠和脂肪体中及对20-羟基蜕皮酮(20-hydroxyecdysone, 20E)(0.1 mg/mL)响应的6龄幼虫脂肪体和表皮中的表达量；利用荧光拍照分析HaATPs-d在草地贪夜蛾Spodoptera frugiperda卵巢细胞系Sf9细胞中的亚细胞定位；采用酵母双杂交分析与HaATPs-d互作的蛋白；对棉铃虫6龄幼虫注射dsHaATPs-d,分析RNAi降低HaATPs-d的表达量对幼虫发育及变态和中肠中可溶性海藻糖酶活性和海藻糖含量的影响。【结果】棉铃虫HaATPs-d(GenBank登录号：LOC110375576)的开放阅读框长525 bp,编码174个氨基酸并具有较高的保守性，与草地贪夜蛾和斜纹夜蛾S...     

家蚕miR-2769靶基因的鉴定及表达分析

【目的】MiRNAs在昆虫变态发育过程中发挥非常重要的作用。对家蚕Bombyx mori miRNAs及靶基因的研究将有助于阐明miRNAs参与调控家蚕变态发育的分子机制。【方法】往家蚕5龄第2天幼虫血淋巴注射蜕皮激素20E后,qRT-PCR检测miR-2769在家蚕脂肪体中的表达;通过生物信息学方法预测家蚕miR-2769的靶基因;利用双荧光酶报告载体系统分析miR-2769与预测靶基因BmE75B的互作;qRT-PCR检测miR-2769及其靶基因BmE75不同剪接体在家蚕不同发育时期(幼虫、蛹和成虫)和幼虫不同组织(头、表皮、丝腺、脂肪体、精巢、卵巢、马氏管、中肠和血淋巴)中的表达量。【结果】研究结果表明,miR-2769可通过与家蚕BmE75B的3′UTR区结合位点的互作,显著抑制荧光素酶报告基因的表达。qRT-PCR结果表明,miR-2769和BmE75A/BmE75B在20E诱导家蚕脂肪体中表达趋势相反。时空表达分析结果表明,miR-2769与BmE75的不同剪接体在家蚕不同发育时期和不同组织中均具有特异性表达特征。在家蚕变态发育的不同阶段,miR-2769和BmE75A的表达量均较低,而BmE75B在蛹期表达量较高,BmE75C在5龄末幼虫和蛹早期有极高表达水平。此外,miR-2769与BmE75不同剪接体均存在一定程度的表达负相关。在家蚕5龄幼虫血淋巴中miR-2769可促进BmE75A的表达,在脂肪体中miR-2769可促进BmE75B的表达,而在其他组织中miR-2769抑制BmE75不同剪接体的表达。【结论】家蚕miR-2769可通过与BmE75B的3′UTR区的互作对BmE75不同剪接体的表达进行负调控。     

蜕皮激素对家蚕卵黄原蛋白基因表达的调控

蜕皮激素（20-hydroxy ecdysone,20E）是由前胸腺分泌的能调节节肢动物昆虫纲、甲壳纲等动物蜕皮的激素. 家蚕属于完全变态昆虫,一生经历卵、幼虫、蛹、成虫四个发育时期. 20E在家蚕发育过程中有不可替代的作用. 本研究通过酶联免疫吸附反应（ELISA）测定家蚕变态期前后血淋巴中20E滴度,发现在卵黄原蛋白基因 (Bombyx mori vitellogenin, BmVg) 高量表达前的雌雄血淋巴中20E含量没有明显差异,但含量变化趋势与BmVg表达趋势相一致. 用20E注射上蔟后60 h的家蚕和添食5龄家蚕, 能诱导雌性和雄性脂肪体中BmVg表达和蛋白合成. 调查处理后的家蚕所产卵中的卵黄磷蛋白（BmVn）含量及重量,发现蚕卵中BmVn含量及蚕卵重量都明显增加|本研究还通过脂肪体体外培养,证明了20E是直接作用于脂肪体来诱导BmVg的表达. 本研究结果表明,20E是通过诱导脂肪体中BmVg的转录来增加蚕卵中BmVn积累,从而最终使得蚕卵重量也相应增加.     

家蚕snoRNA Bm-15的细胞定位及与类Notch受体基因的互作关系

【目的】前期研究中发现的一个家蚕Bombyx mori C/D box snoRNA Bm-15能够与类Notch受体基因(Notch-like receptor gene,NLR)发生体外互作。本研究旨在了解家蚕中snoRNA Bm-15与NLR的互作机制。【方法】利用实时荧光定量PCR检测snoRNA Bm-15和NLR在家蚕幼虫、蛹及成虫不同发育阶段的表达谱;利用原位杂交鉴定snoRNA Bm-15与NLR在BmN4细胞中的定位,以探索两者之间的互作机制。【结果】表达谱分析发现,snoRNA Bm-15及NLR在家蚕幼虫期的表达趋势基本一致,均呈现先下降后上升的趋势,2龄幼虫中表达量最低。在家蚕化蛹过程中,snoRNA Bm-15表达量呈现逐渐下降的趋势,到处女蛾时表达量最低。而NLR在雌虫化蛹后第1天表达量最低,处女蛾中表达量最高。利用原位杂交进行细胞定位发现,snoRNA Bm-15不仅存在于BmN4细胞核中,在细胞质中也有分布;而NLR则大部分分布于细胞核中,与Bm-15在核内有位置重叠。【结论】首次在鳞翅目昆虫中发现一个snoRNA Bm-15同时存在于细胞核和细胞质中,与其互作的基因NLR则主要存在于细胞核中,与Bm-15有位置重叠。二者在家蚕幼虫阶段存在一致的表达模式,在化蛹及化蛾过程中存在相反的表达模式,提示snoRNA Bm-15与NLR在家蚕不同发育阶段可能存在不同的互作模式。     

柞蚕蛹解除滞育过程中海藻糖合成酶基因的表达变化

【目的】克隆柞蚕Antheraea pernyi海藻糖合成酶(trehalose-6-phosphate synthase,TPS)基因,并对其进行组织表达分析,探讨该基因在柞蚕滞育蛹解除滞育过程中的表达规律,为阐明柞蚕滞育期间碳水化合物代谢规律与蛹滞育解除的关系提供数据支持。【方法】利用PCR及3'RACE技术从柞蚕幼虫脂肪体组织中克隆得到TPS基因,并进行生物信息学分析;RT-PCR检测该基因在柞蚕幼虫各组织中的表达分布,进一步采用Real-time PCR分析柞蚕滞育蛹解除滞育过程中该基因在脂肪体组织和血淋巴中的表达量变化。【结果】克隆获得柞蚕海藻糖合成酶基因并命名为ApTPS。其开放阅读框长2 487 bp,编码828个氨基酸,蛋白预测分子量为93.19 k D,等电点(p I)4.61;无信号肽,无跨膜区。蛋白质亚细胞定位预测该蛋白定位于细胞质中;蛋白质结构域分析表明,ApTPS有两个保守功能区:TPS(第22-497位氨基酸)和TPP(第532-772位氨基酸)。组织特异性分析表明,ApTPS基因在柞蚕幼虫脂肪体中表达量最高;柞蚕解除滞育过程中,ApTPS在脂肪体和血淋巴中的表达量均有所升高,且显著高于对照组(P0.05),但血淋巴中表达量的升高滞后于脂肪体。【结论】结果提示ApTPS参与了柞蚕蛹滞育中碳水化合物代谢调控并在其中发挥重要作用,与柞蚕蛹滞育解除关系密切。     

家蚕类泛素化翻译后修饰蛋白NEDD8的cDNA克隆、表达分析和亚细胞定位

【目的】NEDD8是一种重要的蛋白质翻译后修饰蛋白,对底物蛋白的功能具有重要的调节作用。本研究旨在探索家蚕Bombyx mori中NEDD8的功能。【方法】利用RT-PCR技术,从家蚕Bm N细胞中克隆了家蚕NEDD8完整的开放阅读框。通过实时荧光定量PCR(qRT-PCR)技术检测家蚕NEDD8在不同发育阶段、5龄第3天幼虫不同组织中以及Bm NPV感染Bm N细胞后的相对表达量。通过构建GFP融合表达的重组Bm NPV(B.mori nucleopolyherovirus)感染家蚕Bm N细胞,在共聚焦显微镜下观察NEDD8在细胞中分布情况,用GFP抗体进行Western blot验证。【结果】克隆获得了NEDD8基因。序列分析表明,家蚕NEDD8高度保守,与家蚕泛素蛋白氨基酸序列一致性最高。qRT-PCR分析结果表明,NEDD8在家蚕的不同组织中均有表达,其中头部中表达量最高,其次是丝腺中,而在精巢和卵巢中表达量最低;在家蚕5龄第3天幼虫始到化蛹后第3天NEDD8的表达量开始逐渐增加,化蛾后降至低水平;在家蚕杆状病毒感染Bm N细胞的早期和极晚期NEDD8的表达量都有明显增加。GFP-NEDD8融合表达定位显示NEDD8在Bm N细胞内普遍存在,分布于整个细胞中,并且在感染48 h后存在细胞质内的聚集现象。【结论】NEDD8编码序列在物种间高度保守;NEDD8在家蚕幼虫头部中表达量最高,在化蛹阶段表达量逐渐增加;NEDD8在Bm N细胞内普遍存在并且可能与参与Bm NPV复制。本研究所得结果为进一步研究NEDD8在家蚕中的生物学功能及修饰底物蛋白的作用机制奠定了基础。     

家蚕BmChd64基因的克隆与表达定位分析

Chd64是含有钙结合蛋白同源（Calponin homology,CH）结构域的蛋白,在果蝇蜕皮激素与保幼激素信号通路中发挥重要作用。本研究以家蚕Bombyx mori为研究对象,利用PCR克隆了与果蝇Drosophila melanogaster DmChd64同源的BmChd64基因,与表达载体pET-28a连接后,成功获得体外原核表达的BmChd64蛋白,并对其进行了亚细胞定位分析。家蚕BmChd64基因开放阅读框（ORF）的序列为567 bp,编码188个氨基酸,预测分子量大小为20.9 kDa,理论等电点为8.41,编码的蛋白在第27~130个氨基酸处存在CH结构域。同源性比对与进化分析显示,BmChd64与赤拟谷盗Tribolium castaneum和果蝇的Chd亲缘关系较近。qRT-PCR结果显示,BmChd64在家蚕5龄游走期的不同组织中均有表达,且在翅原基中的表达趋势与家蚕体内蜕皮激素（20-hydroxyecdysone,20E）滴度变化规律一致。亚细胞定位结果显示,BmChd64在细胞核与细胞质中均有分布,细胞核内荧光信号较强,且在细胞核外围较弱,推测细胞质中BmChd64也可入核,最终定位在细胞核中。研究结果表明BmChd64可能主要通过20E信号通路调控翅原基等的变态发育,这为进一步完善20E调控昆虫变态发育的分子机制提供了实验基础。     

家蚕蛹变态期丝腺组织的退化与细胞凋亡特征

利用形态学观察方法、分子生物学检测方法以及20-羟基蜕皮酮(20-hydroxyecdysone)和放线菌酮(cycloheximide)体外培养方法, 研究了家蚕Bombyx mori 蛹变态期丝腺组织的退化与细胞凋亡特征。显微镜的观察显示家蚕丝腺的逐渐退化发生在吐丝期间。DNA梯度电泳的分析表明程序性细胞死亡(programmed cell death)可能伴随发生在丝腺的退化过程中。在离体培养条件下, 用20-羟基蜕皮酮处理5龄第6天幼虫的丝腺, 导致的细胞凋亡提前于对照, 提示在进入蛹变态期前, 20-羟基蜕皮酮提早激发了介导家蚕丝腺细胞凋亡与水解机制的遗传调控级联系统。上述结果表明, 20-羟基蜕皮酮能够诱导家蚕丝腺组织在蛹变态期发生程序性细胞死亡。     

北京市六环内城市森林结构总体特征

城市森林结构决定了城市森林的外貌、总体绿量,影响其生态效益.本文对北京市六环外1 km范围内城市森林分层抽样调查,研究其多样性及乔木规格,并根据北京城市特点分析其空间差异,以期找出存在问题及梯度变化规律,为北京城市森林多样性保护及科学管理提供依据.通过对各类城市森林847个标准样方的调查,共记录木本植物50科、106属、159种,本地种占75%;城市森林植物群落仍然是少数物种主导,毛白杨(Populus tomentosa Carr.)与国槐(Sophora japonicaL.)分别为使用数量最多(9.7%)和使用频度最高(28.45%)的树种;乔木平均胸径19.79 cm,平均冠幅5.4 m,规格总体偏小,且规格差异不大.北京市城市森林沿城市发展方向由城内向城外展现出了明显的梯度变化:总物种数4环外多于4环内,最高为4~5环112种;多样性指数逐渐降低;乔木规格减小;“城六区”物种组成、多样性及乔木规格均优于其他行政区.     

Karyotype Analysis of an Endemic Species

1 South China Botanical Garden, Chinese Academy of Sciences, Guangzhou 510650, China; 2 Graduate University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China; 3 Key Laboratory of Plant Resources Conservation and Sustainable Utilization, South China Botanical Garden, Chinese Academy of Sciences, Guangzhou, 510650, China; 4 Institute of Tropical and Subtropical Ecology, South China Agricultural University, Guangzhou 510642, China     

黄体酮对成年斑马鱼下丘脑-垂体-性腺轴相关基因转录表达的干扰效应

黄体酮(P4)是一种类固醇激素。为了探究P4的内分泌干扰效应, 选择成年斑马鱼(Danio rerio)作为受试生物, 研究了P4对斑马鱼下丘脑-垂体-性腺轴(HPG轴)相关基因转录表达影响。成年斑马鱼在不同浓度P4(2、11和16 ng•L–1)下处理21 d。结果显示: 暴露于高浓度组的P4能够抑制雌鱼大脑中促性腺激素释放激素2(gnrh2)、促性腺激素释放激素3(gnrh3), 卵泡刺激素(fshb)、雌激素受体1(esr1)基因的转录表达; 然而诱导了雄鱼大脑中fshb、黄体生成素(lhb)、雄激素受体(ar)基因的转录表达, 这些转录变化暗示了P4对成年斑马鱼有潜在的弱雄激素效应。此外, P4暴露对雌鱼卵巢和雄鱼精巢类固醇合成途径中固醇激素合成急性调节蛋白(star)、细胞色素p450介导侧链裂解酶(cyp11a1)、17α羟化酶(cyp17)、卵巢细胞色素P450芳香化酶(cyp19a1a)、11β羟化酶(cyp11b)、羟基类固醇3β脱氢酶(hsd3b)、羟基类固醇20β脱氢酶(hsd20b)、羟基类固醇17β脱氢酶3(hsd17b3)、羟基类固醇11β脱氢酶2(hsd11b2)以及受体信号途径中孕激素受体(pgr)、esr1、ar基因的转录表达没有显著影响。可见, 在P4暴露下, 斑马鱼大脑比性腺更加敏感。总而言之, P4能够改变斑马鱼大脑中HPG轴相关基因的转录表达水平, 进而对斑马鱼的内分泌系统具有潜在的危险。     

密闭生态系统中大黑甲生长发育及虫沙营养成分的初步研究

密闭受控生态系统中,大黑甲(俗称大麦虫)不仅可以作为乘员日常饮食中动物蛋白的重要来源之一,且对作物秸秆、餐厨垃圾等物质转化起到重要作用,其虫沙可配制新型有机肥料。本试验在密闭受控生态系统中,通过测定大黑甲日增数量、质量及大黑甲各生长阶段呼吸代谢量,研究密闭生态环境对大黑甲的生长发育及其虫沙营养成分价值的影响。试验表明,大黑甲在受控密闭生态系统中生长良好,生长速率为0.79%,大黑甲幼虫时期CO_2产生速率为0.0439 g/g虫/d,O_2消耗速率为0.027 g/g虫/d,大黑甲成年期CO_2产生速率为0.0109 g/g虫/d,O_2消耗速率为0.0126 g/g虫/d,大黑甲的呼吸代谢对密闭系统中大气循环起到一定作用。此外,大黑甲每日能够消耗一定量的植物不可食部分,其虫沙营养全面,具有用作植物培养基质的潜力。     

遮荫对东北地区四种可食用蕨类植物生长和光合特征的影响

以东北4种蕨类植物——荚果蕨(Matteuccia struthiopteris(L.)Todaro)、猴腿蹄盖蕨(Athyrium multidentatum(Dol1.)Ching)、分株紫萁(Osmunda cinnamomea(L.)var.asiatica Fernald)和蕨(Pteridium aquilinum (L.) Kuhn var.latiusculum (Desy.) Underw.ex Heller)为研究材料,分析在35%、13%和8%全光照处理下4种蕨类植物的生长和光合特征.结果发现:随着遮荫程度的增加,4种蕨类植物的株高减小,比叶面积增加,叶片含水量增加.4种蕨类植物的净光合速率、气孔导度、蒸腾速率随着遮荫程度的增加而降低,胞间CO2浓度呈上升趋势.在3种遮荫处理下4种蕨类植物的PSⅡ最大光化学效率在0.7~0.8;非光化学猝灭系数随着遮荫程度的增加而降低.4种蕨类植物的叶绿素含量,尤其是叶绿素b含量随着遮荫程度的增加而上升,但在8%全光照下蕨的叶绿素含量呈下降趋势.相比其他蕨类植物而言,蕨具有较高的比叶面积、净光合速率和量子产率,相对较低的非光化学猝灭系数和叶绿素a./b.结果表明,4种蕨类植物最适合在35%全光照下生长,虽然对较低光照条件具有一定的适应性,但生长受到一定的抑制;4种蕨类植物中,蕨具有较强的耐荫性.本研究为东北地区4种可食用蕨类植物的栽培管理及利用提供科学依据.     

豆科植物修复土壤重金属污染研究进展

随着经济的发展, 生态环境污染日趋严重, 其中土壤重金属污染成为一个突出问题。利用植物修复土壤重金属污染是当前环境科学和生态学领域的研究热点之一。采用根瘤菌-豆科植物共生体系修复土壤重金属污染是一种有效的植物修复方法, 它不仅可以利用根瘤菌与豆科植物互利共生的优势来抵抗重金属胁迫, 而且其固氮作用有助于提高土壤养分。通过文献检索分析, 收集整理了我国现已发现的具有土壤重金属污染修复潜力的豆科植物, 并对根瘤菌修复土壤重金属污染的机理以及根瘤菌-豆科植物共生体系修复土壤重金属污染的研究进展进行了综述, 以期为今后利用根瘤菌-豆科植物共生体系修复土壤重金属污染的研究和实践提供参考。     

两种荧光探针标记鹿茸提取物的稳定性和生物活性比较研究

比较两种荧光探针异硫氰酸荧光素FITC和Cy5标记鹿茸提取物PAEs的最佳方法。用FITC和Cy5分别标记PAEs得到标记物FITC-PAEs和Cy5-PAEs;用SDS-PAGE凝胶电泳检测并比较两种荧光染料标记蛋白分子量的差异;用酶标仪检测在特定波长处OD值计算其标记率;用PC12细胞验证两种荧光染料的生物安全性;将荧光标记物分别与人工胃液和人工肠液共孵育,观察它们在其中的稳定性。结果表明,两种荧光染料标记PAEs蛋白分子量并无明显差异,但FITC-PAEs荧光强度稍强。通过计算标记率表明两种荧光染料均可充分标记PAEs,但Cy5价格昂贵。相比于FITC-PAEs,Cy5-PAEs在人工胃液和人工肠液中稳定性较差。因此,我们选择标记率高,在人工胃液和人工肠液中较为稳定且对机体无毒副作用,价格合理的FITC荧光染料标记PAEs并用于后续实验研究。这为建立蛋白类中药大分子的活性示踪方法,开发口服蛋白类药物奠定基础。