家蚕先天免疫基因 Bmimd 的克隆、表达及序列分析

昆虫的先天免疫应答由一组基因通过级联网络调控实现。果蝇 Drosophila 免疫缺陷(immune deficiency, imd)基因在体液免疫信号传递途径中起着重要的作用。我们利用生物信息学方法进行电子克隆,成功地找到了 imd 基因在家蚕 Bombyx mori 中的同源体,命名为 Bmimd。该基因全长1 092 bp,由 4 个外显子和 3 个内含子组成,开放阅读框(open reading frame, ORF)长 750 bp,编码 250 个氨基酸,预测蛋白质分子量为 28.6 kD。Bmimd 序列中含有一个致死结构域,经聚类分析表明该结构域与哺乳动物的受体相互作用蛋白(receptor interacting protein, RIP)相似。将该基因亚克隆到 PET-50b 载体进行原核表达,表达出了带有 2 个 6×His tag 和 1 个 Nus·Tag 标签的重组蛋白。Western blotting 结果表明 Bmimd 蛋白在 5 龄 4 天家蚕的头、脂肪体 、生殖腺、表皮和中肠中都有表达,但丝腺中没有检测到表达。     

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。     

感染球孢白僵菌的家蚕免疫应答差异表达基因分析

【目的】筛选家蚕Bombyx mori应对白僵菌Beauveria bassiana侵染的应答基因, 以进一步研究家蚕抵御真菌侵染的分子机制。【方法】采用新一代Solexa高通量测序技术对感染白僵菌及未感染白僵菌的对照组家蚕进行了测序分析, 筛选差异表达基因; 结合生物信息学工具分析差异表达基因的功能注释、 分类及涉及的信号通路等; 应用荧光定量PCR技术验证10个基因的差异表达。【结果】通过测序和生物信息学分析共获得377个差异表达基因, 其中表达上调基因236个, 下调基因141个; KEGG通路分析表明, 各通路中既有表达上调的基因, 也有下调基因; 12个上调基因、 26个下调基因参与3个显著性富集的KEGG通路, 即核糖体、 氨酰tRNA生物合成和剪接体通路。定量PCR与测序结果显示, 溶菌酶、 热激蛋白、 谷胱甘肽S-转移酶、 肽聚糖识别蛋白等与免疫应激相关的蛋白基因均呈现表达上调。【结论】本研究筛选获得的差异表达基因, 特别是上调表达的基因可能与家蚕应对白僵菌侵染的应答机制有关, 其中与免疫应激相关的蛋白基因如溶菌酶、 热激蛋白、 谷胱甘肽S 转移酶、 肽聚糖识别蛋白基因等可能直接参与了家蚕对白僵菌的免疫识别和防御, 研究结果为从分子水平阐明家蚕抵御真菌侵染的防御机制和白僵菌对家蚕的致病机理提供新的依据。     

家蚕免疫相关基因和信号途径的鉴定和比较分析

家蚕Bombyx mori是一种重要的经济昆虫, 在中国约有5 000年的驯化历史。家蚕分子免疫学方面的最新研究已经初步勾勒出其先天免疫的轮廓。本研究基于更新的家蚕基因组数据, 通过与黑腹果蝇Drosophila melanogaster、冈比亚按蚊Anopheles gambiae、意大利蜜蜂Apis mellifera和赤拟谷盗Tribolium castaneum基因组的比较分析, 鉴定了家蚕21个免疫相关基因家族的218个基因, 其编码产物包括模式识别受体、信号传导因子、效应分子和氧化防御相关的酶类。尽管信号传导因子的序列分化较大, 但系统进化分析显示它们在不同昆虫间呈明显的直系同源关系。相反, 与识别、调制和效应因子相关的基因的序列保守性更高, 但是这些基因家族明显缺乏直系同源基因, 由此推测这些基因是由物种特异的基因复制机制产生的。结果提示家蚕拥有与其他昆虫相同的免疫应答调控的分子机制, 而且家蚕同样可以通过基因复制及其序列分化等方式调节防御策略。     

microRNA分子表达与调控研究的最新进展

microRNA(miRNA)是一类分子长度为19~24nt的微小RNA,通常在转录后水平调控靶基因的降解或抑制翻译。miRNA分子在进化上高度保守,已经发现越来越多的miRNA分子参与真核生物的生长发育、生理活性、细胞增殖、组织分化、细胞凋亡、复杂疾病调控等功能。通过介绍miRNA的起源、合成、修饰、细胞表达特点,以及对真核细胞调控等的最新进展与研究方法,阐述miRNA在基因表达调节中的重要地位及应用前景。     

家蚕羧酸酯酶基因Bmae35的克隆、 序列分析及表达

昆虫羧酸酯酶是一类能对外源化合物解毒和气味分子降解的重要酶系。本研究选取在家蚕Bombyx mori幼虫嗅觉感器中有表达, 并与蛀茎夜蛾Sesamia nonagrioides触角酯酶基因Snon-EST可能为直系同源基因的Bmae35进行克隆和外源表达研究。结果表明： 该基因编码区长1 581 bp, 共编码526个氨基酸。与其他昆虫触角酯酶的多序列比对分析发现, Bmae35编码的蛋白具有酯酶活性必须的催化残基Ser191, Glu313和His429, 也保持着α-酯酶家族特征基序Gly-x-Ser-x-Gly。RT-PCR分析显示, Bmae35在家蚕5龄第3天各组织中均有表达, 其中在头、 脂肪体、 马氏管、 体壁和丝腺中的表达量较高。Bmae35在雌蛾性信息腺中表达, 并与性信息素合成呈正相关, 暗示其在信息素合成中起重要作用。构建Bmae35与pET28(a) 重组载体, 经异丙基-β-D-硫代半乳糖苷诱导,电泳检测发现该基因以包涵体形式表达, 以镍亲和层析柱纯化, Western blotting鉴定证实Bmae35在大肠杆菌Escherichia coli中正确表达并得以纯化。本实验通过对家蚕Bmae35基因的克隆、 原核表达与纯化, 为进一步深入研究其表达定位和气味降解等功能奠定基础。     

家蚕组织蛋白酶基因家族的鉴定及表达特征分析

家蚕是鳞翅目完全变态昆虫,在其变态过程中伴随着巨大的形态变化,包括旧组织的解离和新组织的形成,在这过程中有多种组织蛋白酶参与。组织蛋白酶是一类细胞内蛋白酶,广泛存在于各个物种中,包括组织蛋白酶B、H、L等几个亚家族。对家蚕组织蛋白酶的研究将有利于阐明家蚕变态发育的详细过程。通过对家蚕基因组数据库进行筛选,共在家蚕中鉴定到13种组织蛋白酶,并对这13种组织蛋白酶的基本信息和表达模式进行了分析。另外,利用家蚕基因芯片数据和荧光定量PCR分析,鉴定编号为BGIBMGA004622的基因为卵巢特异表达的组织蛋白酶L亚家族基因。该基因全长1 209 bp,编码402个氨基酸。经过序列分析,该酶与其他物种的组织蛋白酶L具有较高的同源性,其活性位点高度保守,且与鳞翅目的组织蛋白酶L在进化上聚为一支。同时,对该基因进行克隆并原核表达,结果显示重组蛋白以包涵体的形式表达。定量PCR结果显示,该酶在蛹发育初期表达量逐渐升高,至蛹3 d达到最高值,推测其可能参与卵巢与卵母细胞的发育过程。     

被子植物胚胎发育的分子调控

被子植物的胚胎发育受到精确的遗传调控。从双受精开始到种子成熟,胚胎发育经历了合子激活、细胞分裂与分化、极性建立、模式形成、器官发生和储藏物质累积等重要过程。过去20年来的分子遗传学研究鉴定了很多调控胚胎发生的基因．为了解胚胎形成的分子机理提供了大量信息。本文对这一领域的主要研究进展进行了简要评述,重点阐述了植物的早期胚胎发生过程,对尚未解决的科学问题及未来发展方向进行了综合分析。     

被子植物胚胎发育的分子调控

被子植物的胚胎发育受到精确的遗传调控。从双受精开始到种子成熟, 胚胎发育经历了合子激活、细胞分裂与分化、极性建立、模式形成、器官发生和储藏物质累积等重要过程。过去20年来的分子遗传学研究鉴定了很多调控胚胎发生的基因,为了解胚胎形成的分子机理提供了大量信息。本文对这一领域的主要研究进展进行了简要评述, 重点阐述了植物的早期胚胎发生过程, 对尚未解决的科学问题及未来发展方向进行了综合分析。     

HLA分子表达的转录调控及其意义

HLA分子是免疫应答过程中的重要分子,其表达受到多种因素的影响,调控HLA基因表达的主要环节在转录水平,转录起始点上游250bp中顺式作用元件和反式作用因子的相互作用是影响HLA基因转录的重要因素。了解HLA分子表达的复杂调控机制在免疫学中有着重要的理论和实用价值。     

家蚕醛氧化酶基因（BmAOXs）的鉴定与表达分析

醛氧化酶（aldehyde oxidases, AO, EC 1.2.3.1）是属于钼-黄素酶（molybdo-flavoenzymes, MFEs）家族的一类蛋白酶。为了探讨该酶在家蚕Bombyx mori中的功能, 本研究对家蚕醛氧化酶基因（BmAOXs）家族进行了鉴定和分析。以其他物种AO基因序列检索家蚕全基因组数据库, 获得了8个BmAOX候选基因, 均具有醛氧化酶保守的功能域。进化分析表明, BmAOX与其他昆虫AO聚为一簇。RT-PCR分析结果显示: BmAOX1, BmAOX2, BmAOX3, BmAOX5具有很强的组织特异性; 而BmAOX4, BmAOX6, BmAOX7, BmAOX8则在蛹和成虫的多个组织中均有表达, 提示它们在家蚕生理代谢活动中起重要作用。利用Native PAGE和活性染色方法, 对BmAOX编码的蛋白进行检测, 结果表明: 家蚕蛹中有5种有活性的醛氧化酶, 而成虫中有6种, 各组织中均有有活性的BmAOX, 只是种类和活性水平有所不同。本研究结果为深入探讨BmAOX家族的功能奠定了基础。     

hnRNPA1基因在家蚕翅原基组织中的表达与定位分析

核不均一蛋白A1(hnRNPA1)是一个重要的RNA结合蛋白。本研究旨在获得家蚕hnRNPA1基因的cDNA,并对其在家蚕翅原基组织进行表达和定位分析。以家蚕幼虫期翅原基mRNA为模板通过反转录克隆家蚕BmhnRNPA1基因的全长cDNA,并对其进行生物信息学分析。构建pET32a-BmhnRNPA1蛋白表达载体,表达且纯化得到BmhnRNPA1重组蛋白,并制备该蛋白多克隆抗体,通过实时荧光定量RT-PCR、Western blot和免疫组化方法检测BmhnRNPA1在家蚕幼虫和蛹翅原基组织中的表达与定位。克隆得到了家蚕hnRNPA1基因的全长cDNA片段,其开放阅读框(ORF)序列为951 bp,编码316个氨基酸,预测分子量为34.98 kDa,等电点为5.15。编码蛋白在第18～90个氨基酸和109～181个氨基酸处为保守的RRM结构域。系统进化分析显示,家蚕hnRNPA1与小菜蛾hnRNPA1的亲缘关系最近。QRT-PCR结果显示,BmhnRNPA1在家蚕幼虫和蛹期的翅原基组织中均有表达,且在蛹期第3天的表达量达到峰值。Western blot进一步证实了实验结果。免疫组化分析结果显示,该蛋白存在于翅原基组织中,并定位于细胞核内。家蚕BmhRNPA1具有两个RNA结合结构域,属于hnRNPs家族,定位于细胞核内,表明其可能参与mRNA的选择性剪接作用。本研究结果为进一步探索该基因的功能提供了基础。     

家蚕雌激素相关受体基因的克隆与表达分析

【目的】黑腹果蝇 Drosophila melanogaster 雌激素相关受体（estrogen-related receptor, ERR）通过调节糖酵解过程进而控制果蝇的能量代谢。本研究在克隆家蚕Bombyx mori ERR 基因 (BmERR) 的基础上,对其分子特性和系统演化进行生物信息学分析, 并检测该基因在家蚕生殖腺中的表达,为进一步研究ERR功能奠定基础。【方法】采用PCR技术克隆 BmERR 基因的全长cDNA序列,进行生物信息学分析;利用半定量RT-PCR检测该基因在停食后家蚕幼虫生殖腺中的表达情况。【结果】BmERR 基因全长cDNA序列为1 296 bp,编码431个氨基酸残基;具有ERR蛋白家族典型的结构特征;系统进化分析显示BmERR与其他昆虫ERR氨基酸序列一致性较高;半定量 RT-PCR 检测表明,BmERR 在家蚕上簇到化蛾期间的精巢和卵巢中均有表达,表达具有时期特异性,化蛹第1天达到表达高峰。【结论】本研究首次从鳞翅目昆虫中克隆获得ERR cDNA序列。ERR基因在家蚕生殖腺中表达量无明显性别差异,但具有发育时期特异性。     

Characterization of Tudor-sn-containing granules in the silkworm,Bombyx mori

The Tudor-sn protein, which contains four staphylococcal nuclease domains and a Tudor domain, is a ubiquitous protein found in almost all organisms. It has been reported that Tudor-sn in mammals participates in various cellular pathways involved in gene regulation, cell growth, and development. In insects, we have previously identified a Tudor-sn ortholog in the silkworm, Bombyx mori, and detected its interactions between with Argonaute proteins. The role of Tudor-sn in silkworm, however, still remains largely unknown. In this study, we demonstrated that silkworm Tudor-sn is a stress granule (SG) protein, and determined its interactions with other SG proteins using Bimolecular Fluorescence Complementation assay and Insect Two-Hybrid method. Depletions of Argonaute proteins and SG-marker protein Tia1 by RNAi impaired the involvement of Tudor-sn in the SG formation. Protein domain deletion analysis of Tudor-sn demonstrated that SN2 is the key domain required for the aggregation of Tudor-sn in SGs.     

Correlation between yield and biochemical parameters in the mulberry silkworm,Bombyx mori L

A detailed study was carried out on six biochemical parameters and four yield attributes using multiple regression analysis to investigate their relationship in the mulberry silkworm,Bombyx mori. The study generated new information on the importance of digestive amylase activity for the survival of the silkworm and revealed the inability of other enzymes to affect this relationship. Data also substantiate the observations made earlier on the genetic variability of amylase in the mulberry silkworm. Analyses extend the positive role of alkaline phosphatase and invertase in the expression of the other yield traits studied and indicate the definite possibility of using biochemical markers for silkworm breeding.     

家蚕CyPA基因的克隆、表达谱及进化分析

CyP蛋白家族在蛋白质折叠过程中起着重要作用。本研究克隆了家蚕Bombyx mori CyPA基因(BmCyPA),该基因由2个外显子和1个内含子组成,推导开放阅读框编码165个氨基酸,分子量为19.4 kD,等电点为8.79。序列分析表明BmCyPA在不同物种间具有高度的保守性,含有肽酰脯氨酸顺反异构酶活性位点及与CsA侧链结合的氨基酸,提示BmCyPA可能具有肽酰脯氨酸顺反异构酶活性和与CsA结合的特性。组织表达谱及EST数据分析显示,BmCyPA在丝腺中高丰度表达。通过对不同物种来源的CyP基因的进化分析,进一步预测了BmCyP基因的功能,BmCyP可能与丝蛋白的正确折叠相关。     

MicroRNA expression profiling of the fifth-instar posterior silk gland of Bombyx mori

Background

The growth and development of the posterior silk gland and the biosynthesis of the silk core protein at the fifth larval instar stage of Bombyx mori are of paramount importance for silk production.

Results

Here, aided by next-generation sequencing and microarry assay, we profile 1,229 microRNAs (miRNAs), including 728 novel miRNAs and 110 miRNA/miRNA* duplexes, of the posterior silk gland at the fifth larval instar. Target gene prediction yields 14,222 unique target genes from 1,195 miRNAs. Functional categorization classifies the targets into complex pathways that include both cellular and metabolic processes, especially protein synthesis and processing.

Conclusion

The enrichment of target genes in the ribosome-related pathway indicates that miRNAs may directly regulate translation. Our findings pave a way for further functional elucidation of these miRNAs and their targets in silk production.

Electronic supplementary material

The online version of this article (doi:10.1186/1471-2164-15-410) contains supplementary material, which is available to authorized users.     

Research progress on the immune mechanism of the silkworm Bombyx mori

The silkworm Bombyx mori L., representing an important economic insect and one of the best models for studying insect immunity, possesses an efficient and sophisticated innate immune system against invasive microorganisms. The innate immune system basically includes humoural immunity and cellular immunity. The humoural immunity, which functions via molecules including humoural factors, lysozymes, phenoloxidase, hemolin, lectins and, in particular, antimicrobial peptides, plays a central role in eliminating the invading pathogens. The cellular immunity is primarily carried out and mediated by plasmatocytes and granular cells of haemocytes in the haemolymph, usually followed by melanization. Additionally, apoptosis, a primary viral defence for insects lacking adaptive immunity, comprises an important part of the silkworm immune system. Currently, there is still the lack of a comprehensive and systematic understanding of the molecular mechanisms of silkworm immunity. We review the latest research progress on silkworm immune mechanisms, including phenoloxidase‐dependent melanization and apoptosis, which is conducive to improving our understanding of the silkworm immune mechanism, clarifying the relationship of various immune mechanisms, and also providing a theoretical basis and reference for the future research of insect immunity.