差异蛋白质组学在家蚕中的研究进展

差异蛋白质组是蛋白质组学的一个重要分支,通过对蛋白质组表达谱的比较,揭示细胞生理或病理状态的进程与本质,发现具有关键作用的蛋白。近年来,家蚕差异蛋白质组学发展迅速且涉及面广,已然成为家蚕蛋白质组学研究的热点。对差异蛋白质组学的主要研究方法,及在家蚕中的研究进展做一简要评述。     

家蚕幼虫5龄期中肠蛋白质组学

利用双向电泳技术对家蚕幼虫5龄期第2天、第5天和第7天的中肠蛋白质进行分离, 并利用ImageMaster 2D Platinum对所分离得到的蛋白图谱进行比较, 并对一些蛋白质斑点进行了质谱鉴定。研究发现, 家蚕中肠蛋白质具有区别于家蚕其他组织的明显特征: 蛋白质大多分布在PI值4-8、分子量20~70 kD的区域, 且分布不均匀, 主要集中在酸性一侧, 这一特点在家蚕5龄期第7天的图谱尤为明显。5龄期家蚕第2天的蛋白质斑点数目为869个, 而到第5天增加到966个, 新增蛋白数目97个, 进一步观察发现增加的蛋白主要分布在PI值6-9, 分子量20~40 kD区间; 随着进入幼虫成熟期, 蛋白质斑点数目明显减少, 第7天斑点数仅为420个, 比第5天减少了56.5%。这些结果说明家蚕中肠组织蛋白质组成在5龄早、中、晚期经历了较大变化, 暗示这可能与中肠的功能相适应。从MALDI-TOF-MS鉴定的斑点发现了构成家蚕中肠组织的一些新的部分结构蛋白和一些可能与消化、吸收相关的蛋白, 还发现一些能够抵御外界微生物入侵的相关蛋白。这些结果为进一步认识家蚕中肠提供了重要的理论基础。     

蜕皮激素对家蚕脂肪体中BmATG8蛋白亚细胞定位与细胞核皱缩的调控

【目的】昆虫脂肪体是物质合成代谢、先天免疫的重要器官。ATG8蛋白的亚细胞定位是细胞自噬的主要指标之一,细胞核皱缩是细胞凋亡的形态标记之一,目前家蚕 Bombyx mori 中尚未在蜕皮和变态发育进程中对BmATG8蛋白的细胞生物学变化进行观察。本研究旨在同时检测家蚕脂肪体细胞中BmATG8蛋白亚细胞定位和细胞核皱缩的时空变化,研究蜕皮激素(20E)信号对两者的调控作用。【方法】利用免疫荧光和Hoechst染色方法,分别在家蚕幼虫4龄第2天至预蛹第2天、5龄第2天幼虫注射20E (10 μg/头)后以及对游走期幼虫脂肪体中20E受体基因 usp 进行RNAi后,检测家蚕脂肪体中BmATG8蛋白定位和细胞核形态变化。【结果】在家蚕幼虫蜕皮和幼虫-蛹变态发育时期,BmATG8蛋白高水平存在于脂肪体细胞中,同时细胞核发生皱缩。在正常摄食时期,20E处理(10 μg/头)能够诱导细胞中大量出现BmATG8蛋白且存在于细胞质中并诱导细胞核皱缩。对 usp 基因进行RNAi后,脂肪体细胞内的BmATG8蛋白显著减少,同时细胞核皱缩减弱。【结论】家蚕BmATG8蛋白不仅在幼虫-蛹变态时期细胞质中大量存在,而且在幼虫蜕皮时期也大量表达,与细胞核的皱缩同时出现,BmATG8蛋白在细胞质中的定位与细胞核皱缩两者均受到 20E信号通路的调控。本研究为BmATG8蛋白功能及其调控机制的深入研究提供了重要的科学依据。     

镉胁迫对家蚕脂肪体脂质过氧化物含量及抗氧化酶活性和mRNA表达的影响

【目的】探讨鳞翅目模式昆虫家蚕Bombyx mori作为重金属污染的监测指示生物在镉胁迫下的酶反应及相关的基因表达。【方法】给家蚕幼虫期全龄添食镉(Cd²⁺), 调查不同性别家蚕5龄幼虫脂肪体中脂质过氧化物丙二醛（MDA）的含量, 超氧化物歧化酶（SOD）、 过氧化氢酶（CAT）和谷胱甘肽过氧化物酶（GSH-Px）的活性及其基因表达水平的变化。【结果】Cd²⁺胁迫对雌雄家蚕MDA 含量均具有浓度效应关系, MDA含量随Cd²⁺胁迫浓度的升高而增加。Cd²⁺胁迫下, SOD和CAT活性表现为先升后降的变化趋势, Pearson相关性分析显示SOD和CAT活性变化有显著相关性(雄: R=0.770, P=0.001; 雌: R=0.854, P=0.000）。雌性家蚕脂肪体中CAT活性变化和Cat mRNA水平的表达具有正相关性（R=0.712, P=0.003）。雄性家蚕脂肪体中GSH-Px活性随Cd²⁺胁迫浓度的升高而增加, 显示浓度 效应关系, 12.5~50 mg/kg Cd²⁺胁迫组GSH-Px活性与对照相比有显著差异（P<0.05）, 其活性和GSH-Px mRNA水平的表达具有正相关性（R=0.834, P=0.000）; 雌性家蚕脂肪体中GSH-Px活性表现为先升后降的变化趋势, 12.5 mg/kg Cd²⁺胁迫组GSH-Px活性与对照相比有显著增加（P<0.01）。【结论】结果表明, 急性镉胁迫对家蚕脂肪体有明显的毒性作用, 其作用机制与脂质过氧化加剧和抗氧化酶活性变化有关。家蚕对重金属镉的解毒机制有性别相关性。     

双向电泳法在家蚕蛋白质分离中的应用

家蚕Bombyxmori(L.)既是重要的经济昆虫,又是鳞翅目昆虫研究的典型模式生物。开展家蚕蛋白质组研究,将有助于阐明家蚕绢丝蛋白的分泌机理,也是研究鳞翅目昆虫及其他生物生命本质的需要。双向电泳是蛋白质分离的关键技术。为探讨适宜家蚕蛋白质组研究的双向电泳条件,以家蚕丝腺、丝腺内容物、蚕卵和血液为材料,在不同条件下进行双向电泳,并对分离的蛋白点进行质谱分析。结果表明:通过改进的蛋白质裂解液辅以超声破碎制备的蛋白质,双向电泳后能够得到较好的2-DE图,也能满足进行MALDI-TOFMS分析的需要。因此本研究方法适用于家蚕不同组织中蛋白质的提取和双向电泳。     

保幼激素类似物对家蚕丝腺与脂肪体蛋白质合成的调节作用

应用示踪原子法,研究了家蚕Bombyx mori 5龄幼虫丝腺与脂肪体细胞内蛋白质合成的变化规律及保幼激素类似物(JHA738)的调节作用。从5龄初到龄末,家蚕丝腺细胞内蛋白质合成持续升高,5龄中期、后期的蛋白质合成活性分别是前期的1.60倍和2.86倍;全龄出现2个合成高峰,一个是在5龄72h,为细胞固有蛋白质合成高峰,另一个是在5龄192h,为丝蛋白合成高峰。脂肪体细胞内蛋白质合成作用呈现脉冲式的变化。在5龄前期和中期用JHA处理家蚕(剂量为4μg/条),对丝腺细胞固有蛋白质合成和脂肪体细胞蛋白质合成均表现出抑制作用,而对丝蛋白合成则表现出促进作用。本实验结果为进一步阐明JHA增丝机理提供了直接证据。     

蓖麻蚕蛹脏器脂肪体的细胞超微构造

本文用电子显微镜和光学显微镜观察蓖麻蚕(Philosamia cymthia)蛹脏器脂肪体的细胞构造特征。脂肪细胞在整个蛹期含有大量的脂肪滴和蛋白质颗粒,但只在蛹前期含有较多的糖原颗粒及相当数量的线粒体与粗面内质网,并有多泡体的形成。在蛹中期脂肪细胞内的自噬体明显增多,内质网消失。无脑蛹的脂肪细胞近似蛹后期脂肪细胞的构造。     

蛋白质组学研究中的对角线电泳

经典的蛋白质组学研究方法包括IEF/SDS-PAGE双向电泳和质谱技术的联用,但由于IEF的一些不足,限制了其应用范围。对角线电泳是蛋白质组学研究中的一项特殊分离技术,由于其原理与IEF/SDS-PAGE不同,正逐渐成为蛋白质组学中电泳分离技术的重要补充,特别是在膜蛋白和蛋白质相互关系的研究中将起到重要作用。本文综述了对角线双向电泳技术的特点、发展和在蛋白质组学研究中的最新进展,比较了双向电泳和对角线电泳的优缺点,展望了对角线电泳在蛋白质组学研究中的应用前景。     

家蚕雌性附腺及其Ng突变体蛋白质组双向电泳图谱分析

分别对家蚕(Bombyx mori．L)正常及Ng突变体雌蛾件附腺分泌部组织的蛋白质进行提取,并采用双向凝胶电泳和计算机辅助分析方法,对提取的蛋白质混合物进行分离和比较分析。用银染的方法,平均每张电泳图谱可以分离约700个蛋白质点,其中大部分的蛋白质点分布在pH4～8范围内,在分子量上主要集中在30～70kD区域：比较分析发现,有4种蛋白只在正常性附腺组织中特异表达,而有2种蛋白只在Ng突变体的组织中特异表达。另外约有29种蛋白在正常性附腺分泌部组织中的表达水平明显高于Ng突变,而约有15种蛋白在Ng突变体的分泌部组织中表达水平较高。这些差异蛋白质可能与Ng突变的形成和导致这种突变体的性附腺不能正常分泌粘性蛋白的性状有关。     

家蚕中肠特异启动子P56的克隆及活性分析

中肠是家蚕的消化器官,也是抵御外界病源入侵的生理屏障。为克隆和鉴定新的家蚕中肠特异启动子,首先利用RT-PCR检测家蚕组织特异表达候选基因Bm P56的表达特性,发现该基因只在中肠组织表达。进一步克隆该基因上游调控序列P56,构建由该序列驱动红色荧光蛋白基因DsRed表达的转基因载体p Bac[P56DsRed SV40,3×P3EGFP],经显微注射和荧光筛选获得转基因家蚕。表达分析显示,报告基因DsRed只在转基因家蚕中肠组织表达,与Bm P56的表达特征一致,说明克隆的上游调控序列P56是有活性的家蚕中肠特异启动子。     

家蚕浓核病毒 (中国镇江株)在不同感受性宿主体内的复制

家蚕浓核病毒中国镇江株是一株双生浓核病毒(bidensovirus)。其宿主感染后的病症与典型的家蚕浓核病毒(BmDNV-1伊那株)表现相似,病蚕软化,中肠的圆筒型细胞呈浓核症。该病毒的最大特点是基因组中含有二套DNA分子(VD1,VD2),这两种核酸分子以单链( VD1,-VD1, VD2,-VD2)线型方式被分开包装在各自的衣壳蛋白中,成为四种病毒体,而且它自身编码DNA聚合酶。有部分蚕品种对该病毒表现完全抗性,即不发病。分别对敏感性家蚕品种(华八35)和抗性家蚕品种(秋丰d)的幼虫进行经口接种病毒。在接种后,从2h到96h分9个时间点,对中肠组织进行取样。以家蚕细胞质肌动蛋白A3(actinA3)基因作为参比基因,用来标定取样组织细胞数。针对VD1和VD2分别设计特异引物,用荧光定量PCR的方法分别检测各个时间点的样品中的病毒基因组VD1和VD2拷贝数。结果表明:无论是在感性还是在抗性宿主体内,家蚕浓核病毒中国株的基因组VD1和VD2在各时间点拷贝数相近,表现出VD1和VD2是同步复制的;病毒侵入两种宿主中肠的初始量(接种后2h)基本相等,每个细胞约为6~10拷贝数。在敏感性宿主体内病毒感染过程表现为潜伏期,指数增长期,平台期。从接种后2h到12h为病毒潜伏期;12h到36h为指数增长期,倍增时间为1·71h,大约扩增15次;36h到96h为平台期,进入平台期病毒的拷贝数达到20万个。在抗性宿主体内病毒处于一种极低水平的增殖,从添毒后2h的6~10拷贝数到96h的150~200拷贝数,病毒复制倍增时间分别为3h和12h,大约扩增5次。推测家蚕对浓核病毒中国株的抗病性,只是一种慢性的带毒不发病的表现。     

热休克对家蚕幼虫抗氧化酶活性的影响

热休克诱导各龄蚕组织中的SOD、CAT活性显著升高,如40℃诱导活性最高,CuZn-SOD和Mnop活性也都增加．40℃诱导GSH-Px活性显著升高,而36℃热休克诱导GSH-Px活性降低．幼蚕各部位的抗氧化酶活性存在很大的差异,以胸腹部最高,头部次之,后丝腺最低．热休克对抗氧化酶活性的影响,与幼蚕的生理状态相适应．通过SOD、CAT、GSH-Px协同作用,有助于维持机体正常生理机能．     

家蚕保幼激素结合蛋白Bmtol基因的克隆及表达分析

目的:克隆获得家蚕(Bombyx mori)Bmtol基因序列,并对其蛋白结构进行预测,分析其在组织和JHA处理后头部的表达差异,为该基因的功能研究提供参考。方法:以家蚕的全组织c DNA为模板利用RT-PCR技术扩增和克隆获得Bmtol基因c DNA全长序列,并提交至Gen Bank数据库;利用多种生物信息学软件预测分析其编码蛋白的理化特性和结构特征;采用MREGA5.0软件中的邻接法(neighbor-joining,NJ)构建Bm TOL及其它昆虫同源TO的进化树;通过q PCR技术分析Bmtol基因在5龄3天家蚕不同组织的表达情况,及JHA处理5龄蚕后在0 h、24 h、48 h、72 h和96 h家蚕头部的表达情况。结果:克隆获得了家蚕Bmtol基因的c DNA序列(Gen Bank登录号KY681053),Bmtol基因的开放阅读框(ORF)长度为759 bp,编码252个氨基酸,预测其蛋白分子量为27.72k Da,理论等电点为6.16,有信号肽,无跨膜结构,且第25~251位氨基酸之间存在一个保幼激素结合蛋白家族JHBP保守结构域;N端为疏水区域,可能与保幼激素结合蛋白的核心部位有关。亚细胞定位分析表明,Bm TOL属于分泌型蛋白,主要集中在内质网-高尔基体-质膜分泌途径上。Bm TOL蛋白具有3个α螺旋,第34位的Cys和第44位Cys形成一个二硫键链接在α1螺旋和N末端,构成Bm TOL蛋白与配体结合的核心部位。序列比对结果显示,家蚕Bm TOL序列与其他昆虫TO的氨基酸序列一致性差别较大。家蚕Bm TOL与果蝇Dm TO的相似性为25.10%,与烟草天蛾的相似性为19.69%,与冈比亚按蚊的相似性为25.78%,与埃及伊蚊的相似性为23.53%,与黑花蝇的相似性为28.17%,与意大利蜜蜂的相似性为23.05%,与苹浅褐卷蛾的相似性为21.18%。系统进化树分析表明,所有选用昆虫TO形成两个大的分支:苹浅褐卷蛾Ep TO1、烟草天蛾Ms TO、意大利蜜蜂Am TOL、果蝇Dm TO和黑花蝇Pr TOL聚为一个分支,埃及伊蚊Aa TO、冈比亚按蚊Ag TOL-2和家蚕Bm TOL聚为另一大分支。q PCR结果显示,Bmtol基因在家蚕头部、表皮和精巢有较高表达,其他组织表达量很低或没有。在JHA处理的5龄家蚕的头部,Bmtol基因在处理后0 h、24 h、48 h、72 h和96 h的表达量差异不明显。结论:Bm TOL蛋白属于JHBP家族,具有JHBP家族的典型结构;组织表达谱和JHA处理结果暗示,Bm TOL属保幼激素结合蛋白(JHBP),在家蚕中除保幼激素结合之外还参与其他多种生理功能。     

Analysis of cytochrome P450 genes in silkworm genome (Bombyx mori)

Cytochrome P450 monooxygenases (P450) are im-portant metabolic enzymes involved in the metabolism not only of a wide range of endogenous compounds such as fatty acids, steroids, hormones or vitamins, but also of exogenous substrates such as drugs, chemicals including environmental pollutants, such carcinogens as polycyclic aromatic hydrocarbons, and pesticides[1]. P450s are found virtually in all aerobic organisms, including organisms as diverse as in insects, plants, mammals, birds and bacter…     

中国产家蚕抗菌肽A基因部分序列的测定

从大肠杆菌感染的家蚕蛹提取RNA,用RT-PCR方法扩增未知抗菌肽基因片段,经过克隆测序,获得了蚕抗菌肽A基因的部分片段164 bp,为制备蚕抗菌肽A基因探针,筛选基因文库打下了基础.     

Laser-Raman spectroscopic studies of the eggshell (chorion) of Bombyx mori

Laser-Raman spectroscopic studies of the eggshell (chorion) of the silkmoth Bombyx mori reveal that its component proteins consist of 60–70% antiparallel β-pleated sheet and 30–40% of β-turns. The disulphide bonds, which crosslink the (extremely rich in cysteine)-proteins of the outer lamellar eggshell layer, are apparently found in G-G-G (gauche-gauche-gauche) and T-G-T (trans-gauche-trans) conformation; there is no evidence for the existence of free sulphydryls. The highly localized tyrosine residues appear to form hydrogen bonds, acting as weak proton donors or as acceptors.     

家蚕丝腺蛋白质组学研究方法的建立

通过高精度的双向电泳技术对家蚕中部丝腺组织的蛋白质进行分离,采用基质辅助激光解析电离飞行时间质谱(matrix-assistedlaserdesorption/ionizationtimeofflightmassspectrometry,MALDI-TOF-MS)对其中一些表达量较高的蛋白点进行鉴定,并利用GPMAW(GeneralProtein/MassAnalysisforWindows)软件结合家蚕基因组预测的蛋白质数据库构建本地的肽质量指纹图谱数据库,对所得到的肽质量指纹图谱进行分析。研究发现,经过双向凝胶电泳及其图象分析技术,硝酸银染色和考马斯亮蓝染色分别能分离出500个以上和100个以上的蛋白点。这些蛋白质点主要集中在分子量15~90kD区域,等电点pH3·5~7之间。MALDI-TOF-MS鉴定的25个考染蛋白点中有60%以上的PMF(PeptideMassFingerprint)的信号峰较强。在数据库检索过程中,利用家蚕肽质量指纹数据库所得检索结果与在Mascot的检索结果相比,前者不仅能够准确鉴定出一些已有研究报道的蛋白,从而验证检索方法的可行性,而且还能够对一些已经被家蚕基因组数据库所预测但未曾报道的新蛋白质进行鉴定,从而建立了一整套适合于家蚕蛋白质组研究的方法,并为其它绢丝昆虫蛋白质组研究提供了重要参考。     

家蚕ADP/ATP转运酶(BmANT)抑制BmNPV增殖作用机制研究

【目的】家蚕核型多角体病毒(Bombyx mori nucleopolyhedrovirus,BmNPV)隶属于杆状病毒,需要借助宿主细胞能量代谢进行自身增殖复制。家蚕ADP/ATP转运酶(Bombyx mori ADP/ATP translocase,BmANT)是线粒体转运蛋白,在BmNPV感染条件下和家蚕热休克蛋白60(heatshockprotein60,BmHSP60)具有直接的相互作用。因此,鉴定Bmant基因在BmNPV感染过程中的功能特征,有助于解析杆状病毒劫持宿主细胞因子促进自身增殖复制机制,完善杆状病毒和宿主相互作用网络。【方法】通过结构域预测BmANT蛋白的结构特征,荧光定量PCR分析Bmant基因在BmNPV感染后的变化特征;并过表达BmANT检测其对病毒DNA复制和病毒蛋白表达变化影响;进一步在转录水平分析Bmant和Bmhsp60基因的调控关系;最后通过流式细胞术等技术鉴定Bmant和Bmhsp60基因共同调控BmNPV增殖复制的机制。【结果】SMART软件预测显示BmANT包含3个线粒体载体结构域,BmNPV感染24 h后Bmant基因持续下调表达。过表达Bmant基因能够显著抑制BmNPV DNA的复制和VP39蛋白表达。荧光定量PCR分析显示Bmant和Bmhsp60基因具有相互拮抗作用,能够相互抑制转录。Bmant和Bmhsp60共同过表达分析显示,BmANT和BmHSP60共同作用BmNPV能够抑制病毒的增殖复制。【结论】结果表明,BmANT是一个线粒体载体蛋白,具有显著的抗病毒作用,能够下调Bmhsp60基因表达,并抑制BmNPV增殖复制。