本期重点推介

<正>miRNA是一种长度为22 nt左右的内源性非编码RNA,可通过介导靶基因mRNA的降解或翻译抑制,参与大量基因调控网络,在包括细胞生长、增殖和分化的个体代谢和发育进程中起重要作用。为了明确昆虫精巢干细胞自我更新相关基因3'UTR上的保守miRNA靶位点,为深入研究昆虫精子发生进程中的miRNA-基因调控关系提供参考,南京农业大学植物保护学院马行洲和李飞以19个昆虫精巢干细胞自     

MicroRNA在昆虫变态及生殖过程中的调控作用

MicroRNA（miRNA）是一类广泛存在于真核生物中的小分子非编码RNA,通过抑制靶基因的翻译过程或降解靶基因的mRNA,在转录后水平上调控基因表达。在昆虫中已报道了大量的miRNA,其中部分miRNA的功能得到了解析。在昆虫变态过程中,let-7, miR-100, miR-125, miR-34, miR-14, miR-8, miR-281和 miR-252-3p能够作用于保幼激素或蜕皮激素信号通路,影响昆虫蜕皮、化蛹或翅、足及神经系统的发育。在昆虫生殖阶段,bantam, miR-184和miR-275影响生殖干细胞的分化或卵子发生。本文在介绍miRNA生物合成和作用机制的基础上,重点对昆虫变态与生殖过程中miRNA的最新研究进展进行综述。     

家蚕miRNA Novel-31~*上调溶血素基因的表达

【目的】Novel-31*是在家蚕质型多角体病毒(Bombyx mori cytoplasmic polyhedrosis virus,Bm CPV)感染的家蚕中发现的一个差异表达miRNA。本研究旨在验证Novel-31*对其靶基因表达的调控作用,以便进一步研究miRNA及其靶基因在昆虫免疫调节中的作用。【方法】用生物信息学方法预测Novel-31*的靶基因,荧光定量PCR分析Novel-31*及其靶基因在家蚕感染Bm CPV后不同时间点的表达变化;构建miRNA慢病毒表达载体和靶基因慢病毒表达载体,转染293T细胞,同时合成Novel-31*mimics转染家蚕培养细胞Bm N,使用荧光定量PCR检测Novel-31*对靶基因表达的调控作用。【结果】生物信息学方法预测发现,溶血素基因是Novel-31*的靶基因,其结合位点位于溶血素基因的5'UTR区域。荧光定量PCR分析表明,Novel-31*及溶血素基因在感染Bm CPV的家蚕血淋巴细胞中呈现明显的上调表达。荧光定量PCR检测表明,在Novel-31*慢病毒表达载体和溶血素基因5'UTR慢病毒表达载体转染的293T细胞中和在转染Novel-31*mimics的家蚕Bm N细胞中,溶血素基因都上调表达。【结论】溶血素基因是miRNA Novel-31*的靶基因,Novel-31*与溶血素基因5'UTR结合,上调溶血素基因的表达。     

Bmo-miR-375-3p对家蚕丝素蛋白轻链基因BmFib-L表达的调控作用

【目的】探究家蚕Bombyx mori miRNAs对丝素蛋白轻链基因(fibroin light chain gene,Bm FibL)和P25蛋白基因Bm P25表达的调控作用。【方法】分别以Bm Fib-L和Bm P25 mRNA 3'UTR为靶序列,应用在线预测软件RNAhybrid从前期家蚕4和5龄幼虫后部丝腺(posterior silk gland)sRNA高通量测序获得的29个差异表达bmo-miRNAs中,筛选对Bm Fib-L和Bm P25具有调控作用的候选bmo-miRNAs;采用半定量RT-PCR方法在mRNA水平分析候选bmo-miRNAs及其靶基因Bm Fib-L和Bm P25在4和5龄幼虫期以及5龄第3天幼虫不同组织的表达水平;利用双荧光报告基因检测系统在家蚕细胞Bm N中验证候选bmo-miRNAs对Bm Fib-L和Bm P25表达的调控作用。【结果】筛选到一个在Bm Fib-L和Bm P25 mRNA 3'UTR上都有靶位点的bmo-miR-375-3p(曾称bmo-miR-375*)。在后部丝腺中bmo-miR-375-3p和其预测靶基因Bm Fib-L和Bm P25都有较高的表达水平,提示bmo-miR-375-3p具备调控Bm Fib-L和Bm P25表达的时空条件。miR-375-3p重组表达载体与融合了Bm Fib-L 3'UTR的萤火虫荧光素酶(luciferase)报告基因(luc)表达载体共转染Bm N细胞,报告基因luc的表达水平显著下降;而在miR-375-3p重组表达载体与融合了Bm P25 3'UTR的luc表达载体共转染Bm N细胞中报告基因luc的表达水平下降不显著。【结论】miR-375-3p显著下调Bm Fib-L基因的表达,而对Bm P25基因的表达无明显调控作用。     

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...     

Mmu-miR-107与Cacna2d1基因3'UTR结合位点的预测及验证

[目的]预测并验证mmu-miR-107与Cacna2d1基因3'UTR的结合位点。[方法]生物信息学预测miR-107与小鼠Cacna2d1基因3'UTR的结合位点,将包含3个靶位点的3'UTR片段克隆至荧光素酶载体p GL3中,构建野生型p GL3-Cacna2d1-WT3'UTR载体;并用重叠延伸PCR技术构建分别含有单个突变位点的载体Mut1200-207、Mut2361-367、Mut3902-908和同时含有3个突变结合位点的载体Mut4plus。将各重组质粒与miRNA mimics共转染C2C12细胞,检测荧光素酶活性。[结果]与共转染p GL3-Cacna2d1-WT 3'UTR和miR-NC组相比,共转染p GL3-Cacna2d1-WT 3'UTR和mimics-miR-107组荧光素酶活性显著下降(P0.01);与共转染对应的突变体和miR-NC组相比,转染突变体Mut2361-367/Mut3902-908和mimics-miR-107组的荧光素酶活性均下降(P0.05);转染突变体Mut1200-2077/Mut4plus和mimics-miR-107组的荧光素酶活性下降不明显(P0.05)。[结论]Cacna2d1基因3'UTR段双荧光素酶基因报告载体及突变体构建成功,初步证实miR-107与Cacna2d1 3'UTR的200-207位点结合。     

家蚕5龄幼虫精巢和卵巢microRNA芯片及转录组比较分析

【目的】本研究旨在通过对家蚕Bombyx mori 5龄幼虫精巢和卵巢组织微小RNA (microRNA, miRNA)基因芯片及转录组进行分析,找到参与家蚕性腺发育相关的miRNA分子及可能的靶基因。【方法】采用新一代高通量测序平台对家蚕5龄幼虫精巢和卵巢(分别定义为Test和Control)进行miRNA基因芯片检测及转录组测序分析,根据P＜0.05且log₂(fold change, FC)≥2的标准,通过比较筛选出Test vs Control的差异表达miRNA;根据q≤0.05且|log₂(fold change)|≥1的标准,通过比较筛选出Test vs Control的差异表达基因 (differentially expressed genes, DEGs);随机选取8个上调和12个下调差异表达miRNA,对其表达及其预测的5个靶基因进行qRT-PCR验证;对DEGs以及差异表达miRNA的靶基因进行KEGG通路富集分析。【结果】从精巢和卵巢样本中(Test vs Control)分别鉴定出68个差异表达miRNA和3 991个DEGs,其中上调和下调miRNA分别为36和32个,上调和下调DEGs分别为2 033和1 958个。差异表达miRNA的qRT PCR验证结果均与芯片数据一致。KEGG通路富集分析结果显示DEGs在新陈代谢及核糖体的信号通路显著富集。对差异表达miRNA在DEGs中的可能靶基因进行预测,结果找到了4组表达趋势相反的miRNA与靶基因：分别是bmo-miR-2774a与LOC101745556;bmo-miR-92b与LOC101735954以及bmo-miR-3266与LOC733130和LOC778467;1组表达趋势一致的miRNA与靶基因：bmo-miR-3321与LOC101744895。5个靶基因的qRT-PCR验证结果与转录组测序结果一致。【结论】本研究获得了家蚕5龄幼虫精巢和卵巢转录组及miRNA芯片数据,筛选并验证了4组差异表达和1组一致表达miRNA及潜在靶基因,为探究家蚕精巢和卵巢发育差异奠定了基础。     

miR-252-5p通过靶向调控保幼激素酸甲基转移酶基因JHAMT的表达而影响果蝇变态发育

【目的】保幼激素酸甲基转移酶(juvenile hormone acid methyl transferase, JHAMT)是保幼激素(juvenile hormone, JH)合成通路中的关键限速酶。本研究旨在筛选并验证靶向调控黑腹果蝇Drosophila melanogaster JHAMT转录表达的miRNA,揭示miRNA在JH生物合成中的作用机理。【方法】首先通过miRanda, TargetScan和microT-CDS在线网站对靶向黑腹果蝇JHAMT的miRNA进行预测,取3个网站均能预测到的miRNA作为候选靶向JHAMT的miRNA;利用双荧光素酶系统对候选miRNA与JHAMT的靶向关系进行验证;qRT-PCR检测候选miRNA与JHAMT在黑腹果蝇生长发育中的表达模式;利用qRT-PCR和果蝇GAL4-UAS系统分别检测黑腹果蝇咽侧体中超表达miRNA对JHAMT的表达以及对黑腹果蝇变态发育的影响。【结果】 miRanda, TargetScan和microT-CDS分别预测到5, 18和16个靶向JHAMT的miRNA,共同预测到4个miRNA,分别是miR-252-5p, miR-277-3p, miR-1002-5p和miR-987-5p。双荧光素酶检测结果表明,miR-252-5p mimics可显著降低野生型JHAMT 3′UTR荧光素酶报告基因载体所表达的荧光素酶活性,而JHAMT 3′UTR区中miR-252-5p结合位点突变后,该抑制作用被解除。qRT-PCR检测结果表明,miR-252-5p与JHAMT在黑腹果蝇卵、幼虫及预蛹期的转录表达模式相反。咽侧体中超表达miR-252后,可显著降低JHAMT和JH初级反应基因Kr-h1的表达水平;且表现出类似JH缺失的表型,如化蛹时间推迟、体重变轻以及蛹期死亡增加。【结论】miR-252-5p可通过靶向作用于JHAMT参与JH生物合成调控,从而影响果蝇变态发育。     

KSR2基因3'UTR双荧光素酶报告基因载体构建及其与hcmv-miR-UL70-3p和hcmv-miR-US4-3p靶向关系验证

人巨细胞病毒(Human cytomegalovirus,HCMV)的miR-UL70-3p和miR-US4-3p是HCMV microRNA(miRNA)家族中的一员,前期经生物信息学分析发现,Ras激酶抑制剂2(Kinase Suppressor 2 of Ras,KSR2)的3'-UTR区为miR-UL70-3p和miR-US4-3p的高度可疑结合靶点.为进一步鉴定miR-UL70-3p和miR-US4-3p与KSR2基因的靶标关系,本研究通过构建GV272-KSR2-3'UTR野生和突变型载体,进行双荧光素酶(Luciferase)报告基因实验,并测定其荧光值活性的方法判定miR-UL70-3p和miR-US4-3p是否能与KSR2基因结合.先将293T细胞复苏、扩增并进行质粒转染,转染分6组,每组重复做3孔,分组分别为①KSR2-3'UTR阴性载体与miRNA无关序列载体②KSR2-3'UTR阴性载体与miRNA有效序列载体③KSR2-3'UTR野生序列载体与miRNA无关序列载体④KSR2-3'UTR野生序列载体与miRNA有效序列载体⑤KSR2-3'UTR突变序列载体与miRNA无关序列载体⑥KSR2-3'UTR突变序列载体与miRNA有效序列载体.酶切及DNA测序结果显示GV272-KSR2-3'UTR双荧光素酶报告基因载体构建成功.Luciferase检测显示:同一Luciferase质粒转染的两个组中,将miRNA-NC组Luciferase相对表达量均一化为1,即将实验组①③⑤均一化为1后,比较实验组③和④组、⑤和⑥组、④和⑥组之间的Luciferase检测结果,显示实验组④和实验组③相比,有显著性降低(P＜0.05),实验组⑥和实验组⑤相比,实验组⑥和实验组④相比,差异具有统计学意义(P＜0.05),说明hcmv-miR-UL70-3p和hcmv-miR-US4-3p可与KSR2-3'UTR结合,抑制KSR2表达.     

家蚕miR-301对化学感受蛋白基因csp9表达的调控

【目的】探索家蚕Bombyx mori miRNAs对化学感受蛋白基因表达的调控作用,以进一步研究miRNAs及其靶基因在昆虫化学识别中的作用。【方法】利用生物信息学方法预测和筛选可能作用于家蚕化学感受蛋白CSPs基因家族成员的miRNAs;实时荧光定量PCR分析预测获得的候选miR-301和其作用的靶基因在家蚕成虫不同组织中的表达变化;构建miR-301预测靶基因3′-UTR的双荧光素酶报告载体,与合成的miR-301 mimics或阴性对照转染人胚肾细胞HEK293,通过双荧光素酶报告基因检测系统中荧光素酶活性变化检测miR-301对其靶基因表达的调控作用。【结果】生物信息学分析结果发现,家蚕化学感受蛋白基因csp9是miR-301的预测靶基因,二者的结合位点位于csp9的3′-UTR区。实时荧光定量PCR检测结果表明,miR-301在交配后家蚕雌雄成虫触角和雄成虫头部都显著上调表达,靶基因csp9在对应组织中表达则显著下调。二者共转染HEK293细胞后,双荧光素酶检测结果表明,miR-301可以通过与csp9 3′-UTR的互作,显著抑制上游荧光素酶报告基因的表达。【结论】家蚕化学感受蛋白基因csp9是miR-301的靶基因,miR-301通过与靶基因3′-UTR的结合,在翻译水平上抑制csp9的表达。     

家蚕let-7 microRNA靶基因Bmlin-41的克隆表达与调控

异时性基因调控细胞增殖和个体发育阶段的转换。家蚕异时性基因在家蚕变态发育过程中也很可能具有重要的调控作用,但它们的表达模式、生物学功能以及与micro RNA之间的关系却鲜有报道。本研究首先利用果蝇同源基因lin-41搜索家蚕基因组数据库中相似序列,设计引物扩增Bmlin-41的编码序列,克隆了家蚕Bmlin-41基因CDS,其长度为2 166 bp,编码721个氨基酸,含有B-box和NHL结构域;随后,利用RT-PCR、q PCR技术并结合已有的家蚕全基因组芯片数据研究了Bmlin-41在家蚕中的时空表达模式,发现Bmlin-41在从家蚕胚胎到成虫的发育过程中呈逐渐递增的表达趋势,在五龄3 d不同组织中,于卵巢里表达量最高,精巢和中肠次之,而其余组织中低量表达或不表达;最后,利用3′RACE克隆了Bmlin-41基因的3′UTR,全长1 434 bp,用在线软件RNAhybrid预测发现Bmlin-41的3′UTR上存在bmo-let-7靶位点,构建了含Bmlin-41 3′UTR的双荧光素酶报告基因载体,在S2细胞上共转染Bmlin-41 3′UTR和bmo-let-7的模拟物(Mimics)和拮抗剂(Antagomir),bmo-let-7 mimics显著下调Bmlin-41,bmo-let-7 antagomir显著上调Bmlin-41,证实了Bmlin-41是bmo-let-7的靶基因。以上研究结果为深入研究let-7 mi RNA和Bmlin-41的功能,揭示Bmlin-41和bmo-let-7在家蚕变态发育过程中的调控关系提供了新的线索。     

小菜蛾U6 snRNA基因的克隆及作为miRNA定量表达分析内参基因的评价

【目的】克隆小菜蛾Plutella xylostella (L.)小分子非编码RNA U6的cDNA序列,并评价其是否适合作为定量检测小菜蛾microRNA (miRNA)表达量的内参基因。【方法】本研究采用RT-PCR 克隆获得了小菜蛾4龄幼虫核小RNA(small nuclear RNA, snRNA) U6的cDNA序列,并用定量PCR法检测了U6及8种miRNAs在小菜蛾不同发育阶段及不同杀虫药剂处理后的表达稳定性。【结果】小菜蛾U6的cDNA序列全长 94 bp,与其他昆虫U6的核苷酸序列一致性达98.9%。用geNorm和RefFinder软件分析荧光定量PCR结果表明,U6在小菜蛾卵、1-4龄幼虫、蛹和成虫7个不同发育阶段表达稳定;用马拉硫磷、毒死蜱、辛硫磷、灭多威、呋喃虫酰肼、高效氯氰菊酯、氯虫苯甲酰胺、溴虫腈和Bt 9种不同作用机理的杀虫药剂处理3龄末幼虫48 h,对U6的表达水平无显著影响。【结论】小菜蛾U6表达水平不受不同发育阶段和不同杀虫药剂处理的影响,符合作为内参基因的基本特点,可作为定量PCR法评价小菜蛾miRNA或其他非编码小分子RNA表达水平的内参基因。研究结果为小菜蛾miRNA表达水平的准确定量奠定了基础。     

有翅和无翅豌豆蚜中翅型分化信号通路相关微小RNA及其靶基因的表达差异

【目的】前期研究发现麦长管蚜Sitobion avenae孤雌蚜有翅和无翅个体中存在很多差异表达的微小RNA(microRNA, miRNA),本研究旨在进一步明确这些miRNA在豌豆蚜Acyrthosiphon pisum中发挥作用的发育阶段,探索miRNA调控孤雌蚜翅两型性分化的机制。【方法】选择在麦长管蚜有翅蚜和无翅蚜中显著差异表达,且靶基因为蜕皮激素、胰岛素信号通路及翅型发育关键基因的5个miRNA(Let-7,miR-92a, miR-92b, miR-92a-1-p5和miR-277),利用qPCR检测这些miRNA及其靶标基因在豌豆蚜3-4龄若蚜和成虫有翅和无翅个体中的表达谱;同时利用双荧光素酶活性检测法对上述miRNA的靶基因进行验证。【结果】表达谱分析发现,这5个miRNA在豌豆蚜成虫中表达量均高于其在若蚜中的表达量,而其预测的靶基因在4龄若蚜中的表达量均高于其在成虫中的表达量,表明miRNA对其靶基因的调控作用可能集中在成虫阶段。分析豌豆蚜有翅和无翅个体中5个miRNA的表达情况发现,在成虫有翅个体中5个miRNA的表达量均高于无翅个体中的,其中miR-277表达差异最显著,成虫有翅个体中的表达量是无翅个体中表达量的7.5倍;其次为Let-7,表达差异达3倍。而Let-7在3龄有翅若蚜和无翅若蚜中表达差异最显著,有翅个体中的表达量是无翅个体中的37.8倍;其次为miR-277,表达差异达7.6倍。比较5个miRNA与其靶基因在豌豆蚜3-4龄若蚜及成虫有翅和无翅个体中的表达发现,miRNA Let-7和miR-92b的表达趋势分别与其靶基因abrupt和Foxo的基本相反。荧光素酶活性检测结果显示,Let-7的真实靶标为abrupt,共转染Let-7模拟物后与对照相比,荧光素酶活性下降53%,达极显著水平。其他miRNA与靶标基因的互作不显著。【结论】首次发现miRNA对豌豆蚜孤雌蚜翅型分化相关基因的调控可能发生在成虫阶段。Let-7可能通过调控abrupt基因参与孤雌蚜翅型分化。该研究为进一步探索miRNA参与孤雌蚜翅两型性分化的机制奠定了基础。     

家蚕Bmyan基因的克隆表达和作为microRNA 7靶基因的验证

microRNAs(miRNAs)是一类长约22 nt的非编码RNA,通过与其靶基因3′端非翻译区(3′-UTR)的结合来调节各项生命活动。克隆表达家蚕Bmyan基因,验证其是否是bmo-miR-7的靶基因对于深入研究家蚕变态发育机制有重要意义。基于同源性检索和PCR扩增,克隆了家蚕Bmyan基因CDS全长,编码476个氨基酸。序列分析表明,家蚕YAN蛋白的氨基酸序列保守,含SAM-PNT和ETs结构域。芯片数据、RT-PCR和定量PCR的检测结果表明,Bmyan在五龄3 d的家蚕头部、体壁、卵巢中高量表达,在其余组织中低量表达或不表达。在幼虫期,Bmyan表达水平相对较低,但在上蔟期和蛹期前4 d高量表达。通过3′RACE克隆了Bmyan基因的3′-UTR。RNAhybrid在线软件预测了其3'-UTR上bmo-miR-7的两个靶位点。构建了含有Bmyan基因3′-UTR和荧光素酶报告基因的转染载体,将该载体与bmo-miR-7的mimics序列共转染到家蚕胚胎细胞系BmE中,通过测定荧光素酶的活性,证明了Bmyan基因是bmo-miR-7的靶基因。本研究为进一步揭示bmo-miR-7和Bmyan在家蚕体内的生物学功能奠定了基础。     

利用末龄幼虫蜕和蛹壳对单头昆虫基因的无损伤检测

【目的】在昆虫基因功能等相关研究中,通常需要利用单对交配策略来筛选纯合突变品系,如何在配对前确定个体基因型同时又不对昆虫造成损伤,显得尤为重要。本文旨在探讨利用末龄幼虫蜕和蛹壳进行单头昆虫的无损伤基因检测方法。【方法】针对大小不同的3种鳞翅目昆虫斜纹夜蛾Spodoptera litura Fabricius、二点委夜蛾Athetis lepigone M?schler和小菜蛾Plutella xyllostella Linnaeus,收集末龄幼虫蜕及蛹壳,利用常规分子生物学技术进行基因组DNA提取、靶标基因PCR扩增、琼脂糖凝胶电泳检测、连接转化和单克隆测序验证。【结果】从斜纹夜蛾、二点委夜蛾末龄幼虫蜕和蛹壳提取的基因组DNA,以其为模板对GOBP1基因进行PCR扩增,产物经琼脂糖凝胶电泳检测得到单一、明显的条带,进一步经连接转化和单克隆测序得到目的序列;但由于小菜蛾末龄幼虫蜕和蛹壳太小,以同样方法提取的基因组DNA浓度太低,PCR产物经电泳检测,未能得到目的条带。【结论】对于与斜纹夜蛾和二点委夜蛾相近或更大的昆虫,可以利用单头末龄幼虫蜕或蛹壳提取基因组DNA,通过常规PCR技术克隆特定基因序列,为突变品系筛选过程中昆虫个体的无损伤基因型检测提供了方法。     

Sli-miR-34-5p响应植物次生物质正调控斜纹夜蛾谷胱甘肽S-转移酶基因SlGSTe1的表达

【目的】昆虫解毒酶系统是昆虫适应植物次生物质的主要机制,研究调控解毒酶基因表达的mi RNA将发现可用于害虫防治的靶标分子。本研究旨在探究Sli-miR-34-5p对斜纹夜蛾Spodopteralitura中应对植物次生物质的解毒酶谷胱甘肽S-转移酶(GST)基因的调控作用。【方法】通过实时荧光定量PCR检测Sli-miR-34-5p在斜纹夜蛾5龄第1天幼虫进食芥菜Brassica juncea后中肠中的表达;在斜纹夜蛾5龄第1天幼虫体内及细胞株中超表达Sli-miR-34-5p模拟体类似物(mimics)或抑制剂(inhibitors),采用实时荧光定量PCR和Western blot分析Sli-miR-34-5p已知或推测的靶基因的表达变化;利用双荧光素酶报告系统验证Sli-miR-34-5p对靶标基因的表达调控作用;采用生物信息学方法预测Sli-miR-34-5p可能的靶基因,以了解其可能的作用机理。【结果】结果表明,Sli-mi R-34-5p在斜纹夜蛾5龄第1天幼虫进食芥菜24和48 h时的中肠中表达显著上调。在斜纹夜蛾5龄第1天幼虫血淋巴中超表达Sli-miR-34-5p mimic,进食芥菜的斜纹夜蛾中SlGSTe1转录上调;反之,超表达Sli-miR-34-5p inhibitor,SlGSTE1蛋白水平显著下调。在斜纹夜蛾Spli-221细胞株中添加芥菜次生物质吲哚-3-甲醇(I3C),Sli-miR-34-5p和SlGSTe1的表达量均呈现上调的趋势;此外,在细胞中转染Sli-miR-34-5p mimic,SlGSTe1的表达水平明显上调。然而,生物信息学预测和双荧光素酶报告系统检测结果显示,Sli-miR-34-5p并不直接作用于靶基因Sl GSTe1。【结论】研究结果提示Sli-miR-34-5p通过促进斜纹夜蛾谷胱甘肽S-转移酶基因Sl GSTe1的表达而参与斜纹夜蛾应对植物次生物质的胁迫。     

靶向调控飞蝗表皮代谢相关基因的miRNA的鉴定与分析

【目的】miRNAs(microRNAs)是一类广泛存在于真核生物中并参与调控生物体多种生命活动的非编码RNA。昆虫蜕皮发育过程包括新表皮的生成和旧表皮的降解。本研究旨在鉴定靶向调控飞蝗表皮代谢关键基因的miRNAs,为研究飞蝗Locusta migratoria表皮发育的分子调控机制提供一定的实验基础,同时为研发新的害虫防治分子靶标和防治策略提供科学依据。【方法】采用生物信息学方法预测与飞蝗表皮代谢关键基因潜在结合的miRNAs;荧光定量PCR方法检测表皮代谢相关基因及以其为靶标的miRNAs在飞蝗2龄和3龄第1,3和5天若虫中的表达趋势;利用免疫共沉淀技术及双荧光素酶报告技术在体内外水平分析miRNA与其靶基因的结合情况。【结果】生物信息学方法预测到与脂肪酸合成酶(fatty acid synthase,FAS)、UDP-N-乙酰氨基葡萄糖焦磷酸化酶(UDP-N-acetylglucosamine pyrophorylase,UAP)、糖基转移酶(asparagine-linked glycosylation protein 5,ALG5)和Sinuous等表皮代谢相关酶基因有潜在结合能力的miRNAs分别为miRNA-276b,miRNA-2796,miRNA-275和miRNA-184。荧光定量PCR分析表明,FAS,UAP,ALG5以及Sinuous在飞蝗2龄和3龄不同日龄若虫表皮中具有相似的表达趋势,FAS与以其为靶标的miRNA-276b表达趋势相同,其余3个基因与以其为靶标的miRNAs的表达趋势相反。通过体内免疫共沉淀研究发现,AGO1抗体可显著富集FAS,UAP,ALG5和Sinuous基因以及以其为靶标的miRNAs。体外双荧光素酶实验发现,miRNA-276b,miRNA-2796,miRNA-275和miRNA-184对表皮代谢基因FAS,UAP,ALG5和Sinuous的表达有较明显的抑制作用。【结论】本研究鉴定了靶向调控飞蝗表皮代谢基因FAS,UAP,ALG5和Sinuous的潜在miRNAs,为进一步研究表皮miRNAs对飞蝗蜕皮发育的调控机制及害虫防治新靶标的发现提供了重要科学依据。     

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。     

家蚕核型多角体病毒lef-11基因RNA干扰策略的优化

【目的】家蚕核型多角体病毒(Bombyx mori nucleopolyhedrovirus,BmNPV)lef-11基因作为杆状病毒高度保守的晚期表达因子之一,对病毒晚期基因的表达极其重要。因此对lef-11基因进行有效RNA干扰将提高宿主细胞对BmNPV的抗性。【方法】本文基于经典的sh-RNA-loop骨架及家蚕内源性的miRNA骨架,构建以BmNPV lef-11基因为靶标的干扰载体pIZ-shRNA1、pIZ-shRNA2和pIZ-Ds RedamiR279;分别构建基于A4、IE1、IE1-295、IE2、IE2-339、hr3A4和hsp70启动子驱动的干扰载体,用以评价不同启动子驱动的干扰载体的抗病毒效果,并对干扰载体进行优化。【结果】首先,本文通过比较miRNA-based和shRNA-based RNAi载体对同一靶基因同一位点的干扰效率,发现pIZ-Ds Red-amiR279对BmNPV lef11基因的干扰效率超过90%,远优于shRNA-based RNAi载体的干扰效果;其次,通过对干扰载体进行优化,发现IE1启动子的效果最优,由其驱动的pIZ-Ds Red-milef11干扰载体也是本研究中的最优干扰载体,对病毒的增殖抑制效果最为明显。【结论】对目的基因的干扰效果并非启动子的活性越高、miRNA积累得越多就越好,只有综合考虑干扰片段的选择、启动子的活性以及靶基因自身的功能等多方面的因素,才能提高干扰效率,达到干扰目的。     

小菜蛾保幼激素受体基因PxMet-1和PxMet-2的分子特性、表达模式与功能分析

【目的】本研究旨在明确小菜蛾Plutella xylostella保幼激素受体基因Met的分子特性与表达模式,分析其生殖调控作用,为筛选有效控制小菜蛾的新靶标奠定基础。【方法】根据本课题组已有的小菜蛾基因组数据库,采用PCR技术克隆小菜蛾两个Met基因的cDNA全长序列;利用qPCR测定其在小菜蛾不同发育阶段及成虫不同组织中的表达模式;基于RNAi解析其在小菜蛾雌成虫生殖发育中的作用。【结果】克隆获得小菜蛾PxMet-1(GenBank登录号: MK697672)与PxMet-2(GenBank登录号: MK697673)的cDNA序列,开放阅读框(ORF)全长分别为1 575和2 100 bp,预计分别编码524和699个氨基酸,理论分子质量分别为60.5和70.7 kD,预测等电点分别为6.73和5.50。PxMet-1和PxMet-2都具有4个保守结构域,即1个helix-loop-helix结构域(bHLH)、2个PAS保守结构域及1个PAC保守基序。系统发育树分析表明,小菜蛾PxMet-1和PxMet-2聚为不同的两支,但两者均与鳞翅目昆虫Met聚在一起。表达模式分析表明,小菜蛾PxMet 1与PxMet-2在蛹期(化蛹后1-3 d)与雌成虫期(羽化后0-72 h)均有表达;PxMet-1的表达量在蛹期(化蛹后1-3 d)无明显差异,但均显著高于雌成虫期(羽化后0-48 h),在羽化后72 h达到高峰;而PxMet-2在雌成虫期(羽化后0-48 h)的表达量呈先上升后下降的趋势,在羽化后12 h出现表达高峰,且成虫期(羽化后0-36 h)的表达量显著高于蛹期。PxMet-1与PxMet-2在成虫脂肪体中的表达量显著高于其他组织。注射PxMet-1+PxMet-2 dsRNA 24 h后,小菜蛾PxMet-1与PxMet-2的表达量均受到显著抑制;同时干扰PxMet-1和PxMet-2后,小菜蛾成熟卵子数目显著减少,羽化后3 d内单雌产卵量显著下降。【结论】抑制Met基因表达能够显著降低小菜蛾雌虫的卵子形成与产卵量。本研究为探索保幼激素的生殖调控机理奠定了基础,在实践上有助于筛选小菜蛾种群遗传调控的潜在靶标。