植物耐热性及热激信号转导机制研究进展

随着温室效应的加剧,全球气候变暖已经成为现代农业生产体系所面临的严峻挑战．高温灾害性气候是影响作物产量的一种主要的非生物胁迫．因此,对于农作物生产而言,研究植物耐热信号转导机制不仅有重要的科学意义,而且有现实的紧迫性．最近几年,在阐明植物耐热信号转导机制的研究方面取得了很多重要的进展,这些进展涵盖植物高温胁迫的感受机制、热激转录因子和热激蛋白的表达调控、热激转录因子结合蛋白参与耐热性调控的分子机制等几个主要的方面．热胁迫影响细胞膜系统、RNA、蛋白质的稳定性,同时改变酶的活性和细胞骨架系统．当热胁迫来临时,植物的转录组会发生显著变化,所涉及的基因大约占基因组的2％．这些高温胁迫响应基因构成了热激响应网络,是植物抵御热胁迫的第一道防线．植物的耐热性分为基础耐热性和获得性耐热性．基础耐热性是植物固有的耐热性．获得性耐热性是温和的热驯化诱导的耐热性．获得性耐热性状的形成反映了植物在自然生长环境下适应高温胁迫的生理机制．     

家蚕热激蛋白的研究进展

热激蛋白在家蚕的生长发育过程中发挥着重要的生物学作用。该文对国内外学者近几年在家蚕热激蛋白上的研究进展进行了综述,分析了家蚕热激蛋白的分类,概括了家蚕热激蛋白的基本性质,介绍了家蚕热激蛋白在对温度的响应、家蚕抗逆、抗病与滞育中的作用及其他生物学功能等方面的研究现状,提出了在家蚕热激蛋白研究上存在的问题,展望了家蚕热激蛋白研究的发展趋势,以期为利用热激蛋白提高家蚕品种的抗逆性和深入研究家蚕以及其他鳞翅目昆虫热激蛋白的生物学功能提供参考。     

番茄LeHsp110/ClpB基因的分子克隆及其对植物耐热性的影响

HSP100ClpB是Clp蛋白家族的一员,具有分子伴侣功能,与细胞“获得耐热性(acquiredthermotolerance)”相关。从番茄cDNA文库中筛选到长度达3144bp的cDNA,依据最长的开放读码框推导出的多肽含980个氨基酸残基,分子进化分析结果表明该蛋白属于HSP100ClpB家族,因其计算分子量为110kD,所以命名为LeHSP110ClpB。实验证明,LeHsp110ClpB在番茄叶片中没有组成型表达,为热诱导型基因,其编码蛋白定位于叶绿体基质。利用农杆菌介导法,将CaMV35S驱动的反义LeHsp110ClpBcDNA片段导入番茄,高温下转反义基因的番茄株系中LeHsp110ClpBmRNA水平明显低于对照,转基因株系的PSⅡ对高温胁迫更加敏感,说明HSP110ClpB在植物耐热性方面起重要作用。     

番茄LeHsp110/ClpB基因的分子克隆及其对植物耐热性的影响

HSP100/ClpB是Clp蛋白家族的一员,具有分子伴侣功能,与细胞“获得耐热性(acquired thermotolerance)"相关。从番茄cDNA文库中筛选到长度达3144 bp的cDNA,依据最长的开放读码框推导出的多肽含980个氨基酸残基,分子进化分析结果表明该蛋白属于HSP100/ClpB家族,因其计算分子量为110 kD,所以命名为LeHSP110/ClpB。实验证明,LeHsp110/ClpB在番茄叶片中没有组成型表达,为热诱导型基因,其编码蛋白定位于叶绿体基质。利用农杆菌介导法,将CaMV35S驱动的反义LeHsp110/ClpB cDNA片段导入番茄,高温下转反义基因的番茄株系中LeHsp110/ClpB mRNA水平明显低于对照,转基因株系的PSⅡ对高温胁迫更加敏感,说明HSP110/ClpB在植物耐热性方面起重要作用。     

家蚕五龄幼虫血淋巴内维生素的研究

本实验对家蚕Bombyx mori五龄健康的雌雄幼虫、氟中毒的雌幼虫、细胞质多角体病毒(CPV)感染的雄幼虫血淋巴内的烟酸、烟酰胺、吡哆辛(VB₆)、硫胺素(VB₁)及核黄素(VB₂)含量,采用离子对反相色谱法进行了定量测定.在五龄幼虫发育阶段,血淋巴内每种维生素含量均是雌蚕高于雄蚕,健康者高于病态者,且病蚕含维生素的量持续下降;烟酸和烟酰胺浓度一直减少,可能是部分烟酸、烟酰胺在酶作用下与某些蛋白质结合,部分烟酸、烟酰胺形成NADP酶的缘故;VB₆、VB₁和VB₂浓度增加,是幼虫大量摄食、贮存能量和营养,供日后生命循环需要的结果.     

家蚕不同品系卵巢管数目变异及其与造卵数的关系

选取西南大学家蚕Bombyx mori基因库中157个品系及杂交材料的雌蛾进行解剖和观察,调查了卵巢管数目的多样性,并初步研究了其生物学特性。结果发现,家蚕资源品系大范围存在雌蛾卵巢管数目变异现象。157个品系及其杂交材料中有87个发生了卵巢管数目变异现象,占55.41%,变异类型有11种。不同类品系间卵巢管数目变异率差别显著,其中突变品系的变异率最高,达60.19%;突变系杂交材料的变异率最低,有37.50%。在发生卵巢管数目变异的突变品系中,个体变异率最高达50%,最低为2%。调查部分品系发现,品系内卵巢管数目增加并不见总造卵数一定增加,而单根卵巢管平均造卵数均低于（4,4）正常型。通过对实用型品系21-871和突变系06-051上下世代雌蛾的解剖观察,发现这两个品系的上下代雌蛾卵巢管数目均有相近的变异趋势,提示卵巢管数目变异有遗传性。     

感染家蚕浓核病毒BmDNV1对家蚕抗性和敏感品种生化参数的影响

在家蚕疾病中,病毒性疾病是危害茧产品的主要且最普遍的疾病。病毒性蚕软腐病是由BmIFV, BmDNV1 和 BmDNV2引起的。对印度种质库（Indian Germ plasm stock）中的BmDN V1有抗性和敏感的家蚕品种进行了鉴定。利用标准方法对在BmDNV1感染过程中抗性和敏感品系的主要有机成分的变化（包括总蛋白、碳水化合物和脂类）进行了检测。结果表明： 随着幼虫年龄的增长,对照组和处理组中有机成分（即蛋白质和碳水化合物）的含量也随之增长,但是处理组的增长水平明显地低于各自对照组的增长水平。接种BmDNV1后,与对照组比较,敏感品种体内的血淋巴和中肠组织的总蛋白的量显著地下降。在抗性品种,接种4天后的总蛋白的量有了显著地下降,之后,下降水平小于各自的对照组。在抗性和敏感品种中,血淋巴和中肠组织中的总碳水化合物的量略有下降。在变化不显著的抗性和敏感品种中,血淋巴和中肠组织中的脂质的量有显著地提高。在敏感家蚕品种,生化变化清晰地显示： BmDNV1感染消耗作为主要能量来源的总蛋白和碳水化合物。这些成分的损耗导致了被感染家蚕的生长受阻。     

热激锻炼诱导菊花耐热性研究

以菊花(Chrysanthemum morifolium)叶片和花瓣为试验材料,在38℃下对其进行5 h的热激锻炼,再于50℃下分别进行0、0.5、1.0、1.5、3.0 h的高温胁迫,然后对其细胞膜透性、叶绿素、丙二醛(MDA)和蛋白质含量动态变化及5′-核苷酸酶的活性进行了测定.结果表明,热锻炼的菊花叶片电解质渗漏率相对较小,叶片叶绿素含量比对照下降的慢,5′-核苷酸酶活性比对照高,MDA含量也相对较低,而且花瓣中可溶性蛋白质保持了相对较高的含量,说明热锻炼诱导菊花获得了一定的耐热性.     

钙—钙调素与小麦苗中热激蛋白的诱导

在３４℃热激条件下,种子经钙预处理的小麦苗中的钙调素含量随着热激时间的延长而增加,热激９０ｍｉｎ时达最大值,面种子用钙离子螯合剂ＥＧＴＡ预处理的小麦苗中钙调素含量无明显增加。种子用ＥＧＴＡ及钙调素拮抗剂ＣＰＺ和ＴＦＰ预处理的小麦幼苗在３４℃热激时,热激蛋白的合成量减少。４ｄ的小麦幼苗在３４℃或３７℃热激条件下,能诱导耐热性的获得,分别用ＥＧＴＡ、钙离子通道阻断剂易博定、钙调素拮抗剂ＴＦＰ或ＣＰＺ预     

家蚕感染蛹虫草后的生理生化变化

蛹虫草分生孢子侵染5龄家蚕Bombyx mori后,家蚕血淋巴中总糖、海藻糖、蛋白质和甘油酯含量均有不同程度的下降,其中甘油酯含量下降最为明显。海藻糖酶活性在侵染初期也明显降低。接种后家蚕体内的保护酶超氧化物歧化酶、过氧化物酶和过氧化氢酶活性也有较大变化,其中超氧化物歧化酶活性上升最为明显,在4日内由441.841 U/mL升至601.255 U/mL。     

Impact of heat shock on heat shock proteins expression, biological and commercial traits of Bombyx mori

We report the thermotolerance of new bivoltine silkworm, Bombyx mori strains NB₄D₂, KSO₁, NP₂, CSR₂ and CSR₄and differential expression of heat shock proteins at different instars. Different instars of silkworm larva were subjected to heat shock at 35°C, 40°C and 45°C for 2 hours followed by 2 hours recovery. Heat shock proteins were analyzed by SDS‐PAGE. The impact of heat shock on commercial traits of cocoons was analyzed by following different strategies in terms of acquired thermotolerance over control. Comparatively NP₂ exhibited better survivability than other strains. Resistance to heat shock was increased as larval development proceeds in the order of first instar > second instar > third instar > fourth instar > fifth instar in all silkworm strains. Expression of heat shock proteins varies in different instars. 90 kDa in the first, second and third instars, 84 kDa in the fourth instar and 84, 62, 60, 47 and 33 kDa heat shock proteins in fifth instar was observed in response to heat shock. Relative influence of heat shock on commercial traits that correspond to different stages was significant in all strains. In NB₄D₂, cocoon and shell weight significantly increased to 17.52% and 19.44% over control respectively. Heat shock proteins as molecular markers for evaluation and evolution of thermotolerant silkworm strains for tropics was discussed.     

桑叶营养对家蚕血淋巴阳离子水平的调节作用

调查了取食不同品种桑树（M-5, S-36和V-1）叶片的家蚕（多化性品种Pure Mysore、 二化性品种NB4D2和CSR2）5龄幼虫血淋巴中阳离子的变化。结果表明: 家蚕幼虫血淋巴中Na+浓度低, K+和Mg2+浓度很高, Ca2+浓度较高。在幼虫活跃取食期间, 血淋巴中阳离子水平显著提高。血淋巴中阳离子水平与排泄物的量呈负相关。血淋巴中阳离子水平受阳离子外泌的控制。与非取食阶段相比, 取食阶段的阳离子清除速率低。家蚕二化性品种的血淋巴阳离子水平比多化性品种PM高出30%。结果说明家蚕品种对家蚕血淋巴阳离子变化的影响显著大于桑树品种或家蚕个体发育的影响。     

家蚕血淋巴体外黑化观察及相关黑色素合成催化酶基因

观察不同生长期家蚕幼虫血淋巴在体外的黑化速度和对大肠杆菌生长的影响结果显示,随食桑生长幼虫血淋巴的黑化速度逐渐变快,对大肠杆菌生长的抑制作用逐渐增强。RT-PCR实验显示,黑色素合成催化酶Bm Tan、Bm Po-1、Bm Yellow-f和Bm Ddc等的基因在家蚕5 L 3 d血淋巴中表达量高,Bm Black、Bm Yellow和Bm Pah等的基因也有明显表达。q PCR分析显示,黑化病蚕中Bmtan、Bmddc、Bmyellow、Bmebony和Bmblack,尤其Bmddc表达发生了显著上调。与对照相比,Ddc酶的抑制剂能显著抑制脂多糖对血淋巴的诱导黑化作用。用大肠杆菌注射家蚕幼虫,血淋巴中多巴和多巴胺的含量明显上升。这些表明家蚕幼虫血淋巴黑化与防御免疫有关,Bmddc很可能在幼虫血淋巴的免疫黑化中发挥作用。     

家蚕拟浆细胞具有吞噬功能

目的：通过观察家蚕Bombyx mori吞噬细胞的微细结构,来确定拟绛色细胞是否也具有吞噬功能。方法：用荧光小球微量注射家蚕pnd pS品系的幼虫,经荧光染色剂丫啶橙和碘化丙啶染色循环血细胞后,在荧光显微镜下观察并扫描拍摄。结果：观察发现除颗粒细胞和浆血细胞外,一些原血球细胞（血干细胞）和拟绛色细胞（多酚氧化酶）也能吞噬荧光小球。在拟绛色细胞里还发现许多和颗粒细胞一样的能被丫啶橙染色的颗粒。尽管在小球细胞中没有发现被吞噬的荧光小球,但该类血球有比较多的能被丫啶橙染色的大颗粒,这表明它们可能是已经被吞噬的凋亡小体。结论：除颗粒细胞和浆血细胞外,一些原血球细胞和拟绛色细胞也能吞噬荧光小球。说明拟绛色细胞也具有吞噬功能。     

The biochemical effects of potassium chloride on the silkworm, （ Bombyx mori L.）

The supplementation with 50, 100 and 150μg/mL potassium chloride to the fifth instar larvae of the silkworm Bombyx mori on fat body glycogen, protein, total lipids and haemolymph protein and trehalose were analyzed. The fat body glycogen and protein and haemolymph protein were increased significantly in all the treated groups; whereas fat body total lipids increased only in 100 and 150μg/mL and haemolymph trehalose increased only in 150μg/mL potassium chloride-treated groups when compared with those of the corresponding parameters of the carrier controls.     

一种家蚕类浓核病毒的组织病理学特征

本文从家蚕病蚕中分离到一种家蚕类浓核病毒（BmDNV-Like）,对它的组织病理学研究表明:该病毒首先寄生家蚕中肠柱状细胞,继而引起其细胞核的膨大和破裂;组织原位杂交结果表明该病毒既能在家蚕中肠柱状细胞中增殖,也能在中肠的杯形细胞中增殖,甚至在感染后期能在家蚕幼虫的大部分组织细胞中感染和增殖。     

The genome sequence of silkworm, Bombyx mori.

We performed threefold shotgun sequencing of the silkworm (Bombyx mori) genome to obtain a draft sequence and establish a basic resource for comprehensive genome analysis. By using the newly developed RAMEN assembler, the sequence data derived from whole-genome shotgun (WGS) sequencing were assembled into 49,345 scaffolds that span a total length of 514 Mb including gaps and 387 Mb without gaps. Because the genome size of the silkworm is estimated to be 530 Mb, almost 97% of the genome has been organized in scaffolds, of which 75% has been sequenced. By carrying out a BLAST search for 50 characteristic Bombyx genes and 11,202 non-redundant expressed sequence tags (ESTs) in a Bombyx EST database against the WGS sequence data, we evaluated the validity of the sequence for elucidating the majority of silkworm genes. Analysis of the WGS data revealed that the silkworm genome contains many repetitive sequences with an average length of <500 bp. These repetitive sequences appear to have been derived from truncated transposons, which are interspersed at 2.5- to 3-kb intervals throughout the genome. This pattern suggests that silkworm may have an active mechanism that promotes removal of transposons from the genome. We also found evidence for insertions of mitochondrial DNA fragments at 9 sites. A search for Bombyx orthologs to Drosophila genes controlling sex determination in the WGS data revealed 11 Bombyx genes and suggested that the sex-determining systems differ profoundly between the two species.     

Spindle-E is essential for gametogenesis in the silkworm,Bombyx mori

As a defense mechanism against transposable elements, the PIWI-interacting RNA (piRNA) pathway maintains genomic integrity and ensures proper gametogenesis in gonads. Numerous factors are orchestrated to ensure normal operation of the piRNA pathway. Spindle-E (Spn-E) gene was one of the first genes shown to participate in the piRNA pathway. In this study, we performed functional analysis of Spn-E in the model lepidopteran insect, Bombyx mori. Unlike the germline-specific expression pattern observed in Drosophila and mouse, BmSpn-E was ubiquitously expressed in all tissues tested, and it was highly expressed in gonads. Immunofluorescent staining showed that BmSpn-E was localized in both germ cells and somatic cells in ovary and was expressed in spermatocytes in testis. We used a binary transgenic CRISPR/Cas9 system to construct BmSpn-E mutants. Loss of BmSpn-E expression caused derepression of transposons in gonads. We also found that mutant gonads were much smaller than wild-type gonads and that the number of germ cells was considerably lower in mutant gonads. Quantitative real-time PCR analysis and TUNEL staining revealed that apoptosis was greatly enhanced in mutant gonads. Further, we found that the BmSpn-E mutation impacted gonadal development and gametogenesis at the early larval stage. In summary, our data provided the first evidence that BmSpn-E plays vital roles in gonadal development and gametogenesis in B. mori.     

家蚕信息素结合蛋白BmPBP2和BmPBP3基因的初步鉴定及表达分析

嗅觉对昆虫的生存、繁殖等起着重要的作用。依据家蚕Bombyx mori全基因组序列设计特异引物,扩增得到了两个信息素结合蛋白BmPBP2和BmPBP3基因的cDNA片段。结合已报道的家蚕信息素结合蛋白BmPBP1和两个普通气味结合蛋白BmGOBP的信息,对其基因结构分析表明,这5个基因均由3个外显子组成,具有保守的外显子/内含子边界和典型的6个Cys残基,且3个PBP基因在基因组上串联分布。序列同源性分析表明,BmPBP2和BmPBP3与烟草天蛾的PBP2和PBP3的同源性高达69%和63%。半定量RT-PCR分析结果显示,BmPBP2和BmPBP3基因在成虫触角中特异表达,且雌雄表达水平相当。这些结果表明BmPBP2和BmPBP3可能起着性信息素识别的作用。