BmCPV感染家蚕中肠组织转录组的比较研究及BmCPV片段1中假定重叠基因的鉴定

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家蚕(Bombyx mori)是重要的经济昆虫,已有5700多年的饲养历史。中肠是家蚕消化吸收营养物质的重要器官,也是家蚕抵抗病原菌侵染的第一道生理屏障。家蚕质型多角体病毒(Bombyx mori cytoplasmic polyhedrosis virus,BmCPV)是养蚕业的主要病原之一。利用高通量转录组测序技术(RNA-Seq)研究感染BmCPV的家蚕中肠转录组学,对深刻理解宿主对BmCPV的感染及家蚕与BmCPV互作有重要作用。本文首先对蓝5、琼10、欧17、大造四个家蚕品种对BmCPV家抵抗性进行了研究。用108、107、106、105、104、103BmCPV多角体/ml悬液经口感染3龄起蚕,7天后统计发病蚕数,利用机率分析法计算半致死剂量(LD50)。结果显示4个家蚕品种对BmCPV抗性由强到弱依次为欧17,大造,琼10,蓝5,其相应的LD50分别为8.03、6.68、6.23和5.60。选择敏感性品种蓝5为研究对象,取感染BmCPV36、72、108、144及180h后家蚕中肠组织的等量混合mRNA和相应健康家蚕中肠组织的等量混合mRNA,利用RNA-Seq技术开展了家蚕感染BmCPV(蓝5-CPV)与健康家蚕中肠(蓝5)比较转录组学研究。在对差异表达基因进行了GO和KEGG信号通路分析的基础上,随机选取了6个差异表达基因(上调、下调基因各3个)通过qRT-PCR对高通量测序结果进行验证。主要结果如下:1.正常蓝5家蚕中肠组织中共有10812个基因表达,与家蚕Actin A3基因表达水平比较,log2(Fold change)>2的中肠组织中高量表达基因有66个,这些基因的产物主要涉及消化、吸收、蛋白合成以及天然免疫。2.感染BmCPV后,蓝5的中肠组织中共有11259基因表达,Fold change(FC)达到显著性的差异表达基因(即只在一个样本中表达的差异基因)共387个,其中感染后表达上调的基因264个,下调基因123个;T-test达到显著性的差异表达基因(二个样品均表达的差异表达基因)共90个,其中感染后表达上调的基因66个,下调基因24个。3.GO分析结果显示,表达上调基因主要集中在结合(如ATP的解旋酶DDX18基因)、代谢进程(如DNA胞嘧啶甲基转移酶基因)、细胞进程(如神经肽受体A33基因)等亚类。表达下调的基因主要集中在催化活性(如肽聚糖识别蛋白LB基因)、结合(如分选微管连接蛋白8基因)、代谢进程(如1型半胱氨酸加双氧酶)等亚类。4.KEGG通路分析结果显示,感染BmCPV后,下调基因主要涉及到消化和吸收、碳水化合物代谢通路的基因,如丝氨酸蛋白酶基因、乙醇脱氢酶基因;上调基因主要集中到信号转导通路,如MAPK信号通路(如D型电压依赖型离子通道蛋白基因)、Wnt信号通路(如蓬松蛋白激活因子基因)、钙离子信号通路(如钙调蛋白腺苷酸环化酶基因)以及与运输、分解相关通路,如内吞作用(如分选缺陷蛋白6基因)和溶酶体(如CD63抗原蛋白基因)等。另一方面,宿主细胞为抵制病毒的入侵可能启动了凋亡机制来清除被感染的细胞,病毒的入侵也诱导了一些与自身免疫相关的基因的表达上调,如丝氨酸蛋白酶抑制剂、脂酶、表皮蛋白、围食膜几丁质结合蛋白、细胞色素P450基因、DAAM1蛋白基因等。5.随机选取Osiris9、未知蛋白1(367)、未知蛋白2(loc)、27kD糖蛋白前体、酯酶B1、肽聚糖识别蛋白S6共6个基因,用qRT-PCR检测感染病毒和健康家蚕的表达水平的变化,结果显示Osiris9、未知蛋白1、未知蛋白2基因的表达水平分别上调了16.34倍、19.42倍、41.93倍,27kD糖蛋白前体、酯酶B1、肽聚糖识别蛋白S6基因表达水平分别下调了36.25倍、15.1倍、66.71倍,与高通量测序结果一致,表明此次高通量测序分析结果可信度较高。上述结果全面揭示了家蚕对BmCPV的感染应答,为理解家蚕与BmCPV的相互关系提供了新的线索。对BmCPV进行生物信息学分析结果显示在其基因组S1片段中包含有一个假定的重叠基因ORFX。为了检测该重叠基因ORFX是否在RNA和蛋白水平有相应的表达产物,用大肠杆菌表达的重组ORFX蛋白制备的多克隆抗体,对感染BmCPV的家蚕中肠后部组织进行Western blotting和免疫组化检测。结果显示,在感染BmCPV第1~7天的中肠组织中没有检测到假定的ORFX蛋白。进一步基于假定的重叠基因ORFX区域及其下游序列设计定量检测ORFX基因和S1片段转录本RNA总水平的引物RECPV-1/RECPV-2,以及定量检测S1片段转录本RNA水平的引物RECPV-3/RECPV-4,用Oligo (dT)/RECPV-2和Oligo (dT)/RECPV-4混合引物的反转录产物作为模板,对感染BmCPV的家蚕中肠组织中的S1片段转录本和假定的ORFX转录本进行定量PCR检测,结果显示在感染BmCPV第5~7天的中肠组织中均没有检测到假定的ORFX转录本。由此表明,BmCPV基因组S1片段中可能不存在假定的ORFX重叠基因。
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