中华蜜蜂上颚腺的组织结构及其胚后发育

【目的】上颚腺（mandibular gland）是昆虫重要的外分泌腺,它产生的化学物质在昆虫的种内信息交流中起重要的作用。本研究目的在于了解中华蜜蜂Apis cerana cerana上颚腺的组织结构以及胚后发育特点。【方法】本研究通过组织形态学、BrdU免疫组织化学等技术,对中华蜜蜂上颚腺的结构和发育过程进行了比较研究。【结果】中华蜜蜂的上颚腺在不同级型间差异显著,蜂王的面积最大,工蜂较小,而雄蜂退化。上颚腺出现在末龄幼虫到预蛹阶段,细胞分裂活动的高峰期发生在蛹发育的第1天,随后分裂细胞数减少,并一直持续到蛹发育的第6天结束。在上颚腺发育早期,由分泌细胞分化的内膜就已经出现,并一直保持到成虫。【结论】本研究为昆虫上颚腺的发育和功能研究提供了理论基础。     

转拟南芥P5CS1基因增强羽衣甘蓝的耐旱性

为提高羽衣甘蓝的耐旱性,本文将拟南芥Δ1-吡咯啉-5-羧酸合成酶（P5CS1）基因经农杆菌介导转入羽衣甘蓝植株中,检测转基因株系与野生型植株在干旱胁迫下P5CS1 mRNA表达量、幼苗脯氨酸含量、株系根系性状、整株干重、鲜重和整株存活率。结果表明,在15%PEG6000渗透胁迫下,转基因植株的P5CS1基因mRNA表达量明显增加,转基因植株脯氨酸含量是野生型的2.4倍;主根长、最长侧根长、侧根数目、整株干重和鲜重均高于野生型,干重/鲜重则低于野生型,转基因植株的平均存活率为78%,极显著高于野生型。数据显示,AtP5CS1基因在羽衣甘蓝中的表达明显改善了转基因植株的耐旱性。     

意大利蜜蜂职能相关的两个细胞色素P450基因在附肢中的表达分析

[目的]本研究分析意大利蜜蜂Apis mellifera ligustica中细胞色素P450基因CYP6BD1和CYP49A1在不同日龄工蜂及相同日龄不同职能工蜂的附肢中的表达模式,旨在更好了解细胞色素P450基因在不同职能工蜂处理外源物质过程中的作用.[方法]通过组建蜂群收取3日龄工蜂、10日龄哺育蜂、21日龄采集蜂和21日龄哺育蜂样本,利用荧光定量PCR技术分别检测细胞色素P450基因CYP6BD1和CYP49A1在附肢(触角、前足、中足、后足)中表达情况.[结果]基因CYP6BD1在3日龄工蜂、10日龄哺育蜂、21日龄采集蜂各附肢中的表达量均依次显著增加,且该基因在21日采集蜂各附肢中的表达量显著高于21日哺育蜂;与CYP6BD1基因相比,基因CYP49A1在不同职能工蜂附肢中的表达量均较低,但在3日龄工蜂各附肢中表达相对较高.[结论]基因CYP6BD1和CYP49A1分别在采集蜂和3日龄工蜂各附肢中高量表达,2个基因在降解蜂群外和蜂群内部外源性物质中发挥重要作用,为进一步研究膜翅目昆虫的职能分工提供新的视角.     

西方蜜蜂发育基因AmWnt1的克隆鉴定及时空表达分析

本研究旨在克隆鉴定西方蜜蜂Apis mellifera发育相关基因AmWnt1,分析其在不同发育时期和刚出房工蜂不同组织的表达特征,为进一步研究Wnt1基因功能提供理论参考。根据NCBI中AmWnt1基因序列信息,利用Primer 6.0设计引物,RT-PCR扩增AmWnt1基因完整的CDS序列,进行生物信息学预测,用推导的氨基酸序列构建系统进化树;利用荧光定量PCR检测该基因在卵（1日龄、2日龄和3日龄）、幼虫（1日龄、3日龄和5日龄）、预蛹（1日龄和3日龄）、蛹（0日龄、2日龄、4日龄、6日龄和8日龄）、刚出房工蜂、哺育蜂和采集蜂以及刚出房工蜂8个组织中相对表达量。克隆获得西方蜜蜂的Wnt1基因CDS序列,命名为AmWnt1,上传NCBI,获得GenBank登录号MT993937。全长1 239 bp,编码412个氨基酸,预测等电点为9.48,相对分子质量为46.40313 kDa。序列比对和系统进化树结果表明：AmWnt1蛋白与其它膜翅目昆虫聚为一类,其中和东方蜜蜂Apis cerana亲缘关系最近,序列相似度为99.50%。时空表达谱结果表明：AmWnt1基因在各个时期中均有表达,且在胚胎后期表达量最高,预蛹期和蛹前期表达量相对较高,其它时期表达量相对较低;AmWnt1基因在刚出房工蜂头、胸、触角表达量高于其它组织。AmWnt1可能参与西方蜜蜂胚胎晚期的神经系统发育和化蛹过程中的四肢发育等关键历程,为进一步研究AmWnt1功能提供了理论参考。     

转哺乳动物cyp2e1基因烟草植株再生及其分析

哺乳动物肝细胞中cyp2e1基因所编码的蛋白CYP2E1在代谢异型有机物方面起着重要作用,转cyp2e1基因植物可以代谢多种小分子有机污染物;但cyp2e1基因在植物体内的表达调控和代谢机理尚不完全清楚。文中将含有cyp2e1基因的质粒pSLD50-6和对照gus基因的质粒pKH200转入根癌农杆菌GV3101,利用根癌农杆菌转基因技术将cyp2e1基因和对照gus基因成功转入烟草,分别获得了转cyp2e1和gus基因再生植株。选取PCR鉴定的再生植株进行荧光定量PCR(qRT-PCR)分析,结果表明:在转录水平上,转cyp2e1基因烟草中,乙醇处理后cyp2e1基因的表达明显下降,苯和甲苯处理后cyp2e1基因的表达量稍有下降;而丙酮、甲醛处理和缺氧条件下cyp2e1基因的表达有不同程度的升高。此外,苯处理后,转cyp2e1基因烟草中NADPH-P450氧化还原酶和细胞色素b5酶的基因活性显著提高,说明烟草中NADPH-P450氧化还原酶和细胞色素b5酶与CYP2E1酶的解毒过程有关,可能起到哺乳动物体内的NADPH-P450氧化还原酶和细胞色素b5的功能,参与CYP2E1酶催化过程的电子传递链。     

中华蜜蜂工蜂咽下腺胚后发育过程中细胞的增殖和凋亡

【目的】咽下腺(hypopharyngeal gland)是蜜蜂重要的外分泌腺,是工蜂合成和分泌蜂王浆的主要腺体。本研究的目的在于了解中华蜜蜂Apis cerana cerana工蜂咽下腺的胚后发育特点。【方法】通过组织形态学、Brd U免疫组织化学和TUNEL细胞凋亡检测等技术,对中华蜜蜂工蜂咽下腺的胚后发育过程及组织结构特点进行了比较研究。【结果】中华蜜蜂工蜂的咽下腺起源自预蛹阶段口器内壁的陷入,细胞分裂活动的高峰期集中在蛹发育的前3 d,随后分裂细胞数减少,并一直持续到蛹发育的第7天左右结束;分泌腺泡的出现大约在蛹发育的第5天。到蛹发育的末期,咽下腺已基本形成,但是没有发育完全;哺育蜂的咽下腺高度发育,分泌活动旺盛;采集蜂的咽下腺中有许多分泌细胞凋亡。【结论】本研究揭示了中蜂工蜂咽下腺胚后发育过程中细胞增殖和凋亡的模式,为昆虫咽下腺的发育和功能研究提供了一定的理论依据。     

西方蜜蜂工蜂蛹响应低温胁迫的差异表达基因分析

【目的】本研究旨在从转录组水平筛选和分析西方蜜蜂Apis mellifera工蜂不同时期蛹对低温胁迫反应的差异表达基因(DEGs)。【方法】将西方蜜蜂工蜂封盖后3 d预蛹以及封盖后6和9 d蛹分别置于低温环境(20℃)和最适发育温度(35℃)中4 h,分别作为处理组和对照组,通过转录组学技术筛选低温处理组与对应的对照组之间的DEGs,并进行GO功能分类和KEGG通路分析。利用RT qPCR分别对封盖后3 d预蛹以及封盖后6和9 d蛹的8, 6和5个DEGs的表达谱进行验证。【结果】与对照组相比,封盖后3 d预蛹以及封盖后6和9 d蛹受低温胁迫后的DEGs分别有220, 50和26个;GO功能分类发现,DEGs富集数最多的条目为代谢进程、细胞进程、催化活性和结合,封盖后3 d预蛹的DEGs在生物学进程调控、细胞部分和细胞器等有较多富集。KEGG通路分析显示,处理组和对照组间西方蜜蜂各日龄DEGs在整体概述图、氨基酸代谢、信号转导、运输和分解代谢有富集。封盖后3 d预蛹以及封盖后6和9 d蛹受低温胁迫后共有的DEG 3-磷酸肌醇依赖性蛋白激酶1基因PDK1上调表达,同时富集在自噬-动物、mTOR和FoxO信号通路。低温胁迫后,封盖后3 d预蛹的胰岛素受体底物1-B基因IRS1-B和Kruppel同源物1基因Kr-h1上调表达,而核激素受体FTZ-F1基因Ftz-F1与蜕皮启动激素基因Eth显著下调表达,说明封盖后3 d预蛹响应低温细胞自噬和蜕皮受到抑制程度更大。在低温胁迫后封盖后6 d蛹中与昆虫角质层着色与免疫相关的酪氨酸羟化酶基因TyHyd下调表达;与对照组相比,在低温胁迫后封盖后9 d蛹中DEGs最少,说明在3个蛹期中,其受低温的影响较小。【结论】本研究测定了西方蜜蜂3个不同发育阶段蛹响应低温的DEGs,结果显示大部分DEGs为阶段特有,说明西方蜜蜂不同发育阶段响应低温的机制不同。一些共有DEGs以及阶段特有DEGs的功能研究和其作用机制是进一步研究蜜蜂对低温响应机制的重点内容,为探究蜜蜂蛹期响应低温胁迫的分子机制提供了基础数据。     

中华蜜蜂细胞色素P450基因及其全长转录本的鉴定及分析

【目的】利用纳米孔(nanopore)测序技术鉴定中华蜜蜂Apis cerana cerana工蜂幼虫肠道中细胞色素P450(cytochrome P450, CYP450)基因及其全长转录本,为后续功能研究提供参考信息和基础。【方法】通过Nanopore PromethION平台对中华蜜蜂工蜂4-6日龄幼虫肠道进行转录组测序。利用Guppy软件对原始读段(raw reads)进行质控以得到有效读段(clean reads)。通过识别两端引物鉴定全长转录本序列。使用BLAST工具将上述全长转录本的序列比对到Nr和GO数据库以鉴定CYP450基因及其全长转录本。采用Astalavista软件鉴定基因的可变剪接(alternative splicing, AS)事件。通过RT PCR验证不同类型AS事件的可靠性。【结果】在中华蜜蜂工蜂4-6日龄幼虫肠道中分别测得7 338 627, 7 003 419和7 434 233条原始读段,经质控得到的有效读段数分别为7 289 494, 6 959 880和7 387 756条。鉴定到的非冗余全长转录本总数为48 200条。共鉴定到47个CYP450基因和265条CYP450基因全长转录本。共鉴定到CYP450基因的90次AS事件,包括36次外显子跳跃事件、20次可变5′端剪接位点事件、17次内含子保留事件、9次可变3′端剪接位点事件及8次外显子互斥事件。RT PCR结果证实随机选取的3种AS事件类型真实可靠。【结论】鉴定了中华蜜蜂的CYP450基因及其全长转录本,补充了东方蜜蜂参考基因组的相关注释,并揭示中华蜜蜂CYP450基因可通过多种AS类型产生丰富的剪接体。     

棉铃虫细胞色素P450 CYP9A12基因5′-上游区的克隆及序列分析

细胞色素P450基因CYP9A12的过量表达已被证实与棉铃虫Helicoverpa armigera对拟除虫菊酯的抗性相关。为探明棉铃虫CYP9A12基因的表达调控机理,根据棉铃虫CYP9A12基因cDNA全长的5′-末端核苷酸序列,采用基因组步移方法,获得CYP9A12的5′-上游区序列（总长为3 575 bp）。与cDNA序列进行比对,表明在起始密码子上游3 bp处有一长为2 124 bp的内含子。利用NNPP分析软件预测出转录起始位点,与根据CYP9A12全长cDNA序列推测的结果是一致的。TFSEARCH 1.3软件分析转录因子结合位点的结果显示,该序列不仅包含启动子的核心结构序列——TATA-box和CAAT-box,亦包含多个转录因子结合位点,如GATA-1,CdxA,Dfd等。本研究结果为深入研究棉铃虫CYP9A12的表达调控机制及其参与杀虫剂抗性的分子机理奠定了一定基础。     

三角帆蚌细胞色素P450基因的克隆与表达分析

CYP是一类以血红素为辅基的末端加氧酶,广泛存在于人、动物、植物和微生物之中,参与许多外源性物质(药物、毒物和环境污染物质等)和内源性物质(激素、脂肪酸等)的代谢,在碳源同化、激素合成、外源物质降解和致癌物质消除等方面发挥重要作用,亦对维持生物体     

Identification and expression profiling of 10 novel spermatid expressed CYPT genes

To identify candidate genes for poor sperm morphology, we have screened for genes expressed during spermiogenesis. We identified 10 new members of the cysteine-rich perinuclear theca (CYPT) family showing that this family contains at least 15 members, which also includes the casein kinase II target genes. Based on similarity the CYPT sequences could be divided into two groups, Cypt1-10 and the novel members Cypt12-15. The 5'-end of the CYPT family is highly similar to exon1A and part of the first intron of Zfy2. Seven CYPT genes mapped to the X chromosome; six contained an intron and one was intron-less. One CYPT gene mapped to chromosome 3 and one mapped to chromosome 9 which were both intron-less. The upstream region of the CYPT family and Zfy2 genes is conserved. For some the conservation extended over a large region, however, only about 150 nucleotides is conserved among all CYPT members and Zfy2. Nevertheless, the short conserved promoter leads to essentially identical expression profiles for the CYPT family members and Zfy2, which was clearly different from the profile of Zfy1. Expression of the CYPT family and Zfy2 preceded the expression of other spermatid-specific genes such as the transition proteins and the protamines. In situ hybridization revealed a low expression in pachytene spermatocytes from stages IX-X followed by a strong upregulation in spermatids from stage VI with maximum expression in spermatids in stages VII-VIII. The CYPT family may function in the remodeling of the spermatid nucleus before condensation of the DNA.     

桃小食心虫成虫期高表达气味结合蛋白基因的克隆与表达谱分析

【目的】桃小食心虫Carposina sasakii是我国北方落叶果树的重要蛀果害虫,一旦幼虫蛀入果内,便会对果实的品质产生影响。成虫期是控制此害虫发生为害的关键时期。气味结合蛋白(odorant binding protein, OBP)作为昆虫嗅觉感受系统中与气味分子结合的重要气味运转蛋白,在成虫寄主植物定位及交配行为中具有重要作用。本研究对桃小食心虫气味结合蛋白基因进行克隆、鉴定和成虫组织表达分析,以期为OBPs在桃小食心虫嗅觉感受过程中的功能研究奠定基础。【方法】基于前期获得的桃小食心虫转录组测序数据,选择在其雌雄成虫触角中相对高表达的5个OBP基因(CsasOBP7, CsasOBP12, CsasOBP15, CsasOBP19和CsasOBP21)。采用RACE技术克隆出这5个OBP基因cDNA全长序列,进行生物信息学分析;通过qRT-PCR技术检测这5个OBP基因在桃小食心虫不同发育阶段(1和5日龄卵、初孵幼虫、老熟幼虫和蛹)以及在刚羽化、交配高峰期的和交配后6 h的雌雄成虫不同组织［触角、头(不含触角)、胸、腹、足和翅］中表达量。【结果】获得桃小食心虫5个OBP基因CsasOBP7, CsasOBP12, CsasOBP15, CsasOBP19和CsasOBP21的全长cDNA序列(GenBank登录号: MZ476786-MZ476790)。其中CsasOBP19为一段C端不完整的Minus-C OBP,其余均属于完整的Classical OBPs,且均含有信号肽。系统发育分析表明,在桃小食心虫5个CsasOBPs中, CsasOBP7和CsasOBP19的亲缘关系最近。qRT-PCR结果表明,CsasOBP7和CsasOBP19均在桃小食心虫蛹期高表达,而CsasOBP12, CsasOBP15和CsasOBP21均在卵期高表达。从桃小食心虫成虫刚羽化、交配高峰直至交配后6 h,5个CsasOBP基因表达量总体呈下降趋势。在成虫刚羽化时,这5个CsasOBP基因在各组织中均有表达,且主要在雄虫组织中高表达;在成虫交配高峰期,这5个CsasOBP基因在雄虫触角中高表达,特别是CsasOBP7和CsasOBP15只在雄虫触角中特异性表达;在成虫交配后6 h,每个CsasOBP基因只特异性地高表达于1或2个组织中。【结论】桃小食心虫的这5个CsasOBP基因在成虫交配高峰期雄虫触角中高表达,意味着这些CsasOBP基因可能在雄虫寻找雌虫过程中发挥着重要作用。     

山羊与牛乳腺差异表达基因的筛选及半定量RT-PCR分析

山羊和奶牛具有非常相似的泌乳过程,但在产乳量和乳成分(脂肪和蛋白含量)之间存在很大的差异,而且山羊奶还具有特殊的膻味。本研究根据山羊和牛在基因编码序列上具有非常高的保守性原理,利用抑制消减杂交技术对3只西农萨能奶山羊和3头荷斯坦奶牛泌乳末期的乳腺组织进行差异表达基因分析。分别提取山羊和牛乳腺组织总RNA,分离mRNA并合成cDNA,以山羊乳腺组织cDNA作为测试,牛的乳腺组织cDNA作为对照。cDNA经RsaⅠ酶切后将测试组cDNA分成两组,分别衔接两种不同接头,再与对照组cDNA进行两次消减杂交及两次PCR反应,产物与T/A克隆载体连接,构建cDNA消减文库,并转染大肠杆菌进行文库扩增。随机挑选克隆经PCR鉴定发现有150个克隆具有200bp-1000bp插入片段,挑选50个差异片段不等的克隆进行测序及同源性分析,结果得到5个已知乳蛋白(αs2酪蛋白、β酪蛋白、К酪蛋白、α乳清白蛋白和β乳球蛋白)基因的编码序列和6个新的EST序列,EST序列已登录GenBank,登录号分别为EG588067、EG588068、EG588069、EG588070、EG588071和EG588072。通过半定量RT-PCR分析,发现β酪蛋白基因mRNA表达量在山羊乳腺中显著高于其在牛乳腺中的表达量,К酪蛋白在乳腺中的mRNA含量与其所表达的蛋白质在乳中含量存在很大差异,表明К酪蛋白虽然和其他酪蛋白具有相同的调控机制,但其在分泌和运输机制上与其他酪蛋白不同。     

低温胁迫下意大利蜜蜂预蛹的差异表达基因趋势分析

【目的】蜜蜂是典型的具有发育狭温性的全变态昆虫。本研究以对低温最敏感的意大利蜜蜂Apis mellifera ligustica预蛹为研究对象,通过低温胁迫不同时间的差异表达基因(differentially expressed genes, DEGs)趋势分析,探讨低温胁迫对蜜蜂发育影响的关键基因。【方法】对3日龄意大利蜜蜂封盖子预蛹进行20℃低温胁迫18 h(T18)和36 h(T36),以未经低温胁迫的预蛹为对照(CK),通过Illumina HiSeq^TM平台进行转录组学测定。利用Short Time-series Expression Miner(STEM)软件对2个处理组与对照组比较共有的差异表达基因进行趋势分析,再进一步对显著富集趋势模式中富集的差异表达基因进行GO分类和KEGG pathway分析。利用RT-qPCR对随机挑选的5个DEGs的表达模式进行验证。【结果】对检测到1 062个T18 vs CK和T36 vs CK共有的DEGs进行趋势分析,发现3个显著的基因表达模式,包括2个上调表达模式(Profile 6,有539个基因;Profil...     

Low rates of expression profile divergence in highly expressed genes and tissue-specific genes during mammalian evolution

Evolutionary rates provide important information about the pattern and mechanism of evolution. Although the rate of gene sequence evolution has been well studied, the rate of gene expression evolution is poorly understood. In particular, it is unclear whether the gene expression level and tissue specificity influence the divergence of expression profiles between orthologous genes. Here we address this question using a microarray data set comprising the expression signals of 10,607 pairs of orthologous human and mouse genes from over 60 tissues per species. We show that the level of gene expression and the degree of tissue specificity are generally conserved between the human and mouse orthologs. The rate of gene expression profile change during evolution is negatively correlated with the level of gene expression, measured by either the average or the highest level among all tissues examined. This is analogous to the observation that the rate of gene (or protein) sequence evolution is negatively correlated with the gene expression level. The impacts of the degree of tissue specificity on the evolutionary rate of gene sequence and that of expression profile, however, are opposite. Highly tissue-specific genes tend to evolve rapidly at the gene sequence level but slowly at the expression profile level. Thus, different forces and selective constraints must underlie the evolution of gene sequence and that of gene expression.     

High salinity induced expression profiling of differentially expressed genes in shrimp (Penaeus monodon)

Four suppression subtractive hybridization (SSH) cDNA libraries were constructed to identify differentially expressed salinity stress responsive genes of black tiger shrimp, Penaeus monodon exposed to high (55 ppt) salinity conditions. One each of the forward and reverse SSH cDNA libraries were developed from the gill and gut tissues of shrimp and clones having inserts larger than 300 bp were unidirectionally sequenced. Based on the sequence homology search, the identified genes were categorized for their putative functions related to a wide range of biological roles, such as nucleic acid regulation and replication, immune response, energy and metabolism, signal transduction, cellular process, structural and membrane proteins, stress and osmoregulation. Gene expression levels in response to high salinity conditions at 2 weeks post salinity stress for some of the differentially expressed genes (Na⁺/K⁺-ATPase α-subunit, glutathione peroxidase, intracellular fatty acid binding protein, elongation factor 2, 14-3-3 like protein, penaeidin, translationally controlled tumor protein, transglutaminase and serine proteinase inhibitor B3) identified from SSH cDNA libraries were analysed by real-time RT-PCR. The highest gene expression levels was observed for Na⁺/K⁺-ATPase α-subunit in gill tissues (15.23-folds) and antennal glands (12.01-folds) and intracellular fatty acid binding protein in gut tissues (14.05-folds) respectively. The differential and significant levels of gene expression indicate the functional role of these genes in shrimp salinity stress adaptive mechanisms.     

Increased functional protein expression using nucleotide sequence features enriched in highly expressed genes in zebrafish

Many genetic manipulations are limited by difficulty in obtaining adequate levels of protein expression. Bioinformatic and experimental studies have identified nucleotide sequence features that may increase expression, however it is difficult to assess the relative influence of these features. Zebrafish embryos are rapidly injected with calibrated doses of mRNA, enabling the effects of multiple sequence changes to be compared in vivo. Using RNAseq and microarray data, we identified a set of genes that are highly expressed in zebrafish embryos and systematically analyzed for enrichment of sequence features correlated with levels of protein expression. We then tested enriched features by embryo microinjection and functional tests of multiple protein reporters. Codon selection, releasing factor recognition sequence and specific introns and 3′ untranslated regions each increased protein expression between 1.5- and 3-fold. These results suggested principles for increasing protein yield in zebrafish through biomolecular engineering. We implemented these principles for rational gene design in software for codon selection (CodonZ) and plasmid vectors incorporating the most active non-coding elements. Rational gene design thus significantly boosts expression in zebrafish, and a similar approach will likely elevate expression in other animal models.