家蚕BmRunx蛋白家庭的鉴定以及对血细胞分化调控的研究

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Runx转录因子家族在多细胞生物的发育中发挥着重要的调控作用,哺乳动物中有3个Runx转录因子:Runx1,Runx2和Runx3,它们在干细胞维持、增殖分化和骨形成中发挥重要作用。昆虫中,Runx家族研究也取得一定的进展,果蝇中有4个Runx基因,分别是run、lozenge、 CG34145和CG42267,其中run在性别决定和神经形成中扮演重要角色;lozenge在触角和眼睛的生成中起着至关重要的作用,并且与GATA因子Srp(Serpent)以及Gcm(Glial cell missing)在果蝇胚胎时期造血作用中共同调控结晶细胞的形成。  家蚕作为鳞翅目昆虫的代表,随着其基因组图谱绘制的完成,已经逐步成为基因功能研究的理想模型。家蚕有五种血细胞类型,但各种血细胞在体内的形成过程及其调控机制仍不清楚。本论文基于家蚕基因组数据库,对家蚕Runx转录因子家族进行克隆和鉴定,并对其表达情况进行分析。最后重点对Bmlozenge(BGIBMGA008908)进行进一步的研究,揭示其在血细胞免疫反应,特别是黑化反应的功能。主要研究结果如下:  1.家蚕BmRunx家族的鉴定  利用家蚕基因组数据库,对BmRunx家族进行分析和鉴定,发现有3个BmRunx基因家族成员。利用RACE技术,获得其完整的cDNA序列。该基因家族定位于3号染色体,具有典型的Runt结构域。对昆虫Runx家族序列进行聚类分析结果显示,Runx家族共聚为4类,分别是run、lozenge、CG34145和CG42267。BmRunx家族三个基因BGIBMGA008906(Bm8906)、BGIBMGA008908(Bm8908)和BGIBMGA008970(Bm8970)分别属于run、lozenge和CG34145。  2.家蚕BmRunx家族的表达分析  利用PCR技术检测BmRunx家族在胚胎时期的表达情况,结果显示Bm8906和Bm8908主要表达于胚胎1天和2天,而Bm8970主要在家蚕的胚胎4天和5天高表达。BmRunx家族成员表达模式的差异表明各成员可能扮演着不同的角色。家蚕5龄3天芯片数据及各组织表达分析结果显示,Bm8906和Bm8970分别高表达于卵巢和精巢,而Bm8908主要在血液和翅原基(造血器官)中表达。暗示Bm8908可能在造血作用中扮演着重要的调控功能。聚类分析结果显示,Bm8908和果蝇lozenge聚为一类,具有很高的同源性,而果蝇lozenge主要调控结晶细胞的分化。综上所述,推测Bm8908在结晶细胞的分化中发挥着重要的作用。对Bm8908(Bmlozenge)的鉴定、克隆和表达分析,为其在造血调控中的功能研究奠定基础。  3.家蚕Bmlozenge抗体的制备  Bmlozenge(Bm8908)的ORF为1305bp,编码434aa的蛋白,预测蛋白的等电点6.27,分子量48.3KDa。通过家蚕数据库比对,选取Bmlozenge编码框中较为特异231aa长度的片段,原核表达,纯化蛋白,免疫小鼠制备免疫血清,最终获得了Bmlozenge小鼠多克隆抗体。ELISA检测其效价为1∶20000,Western blotting检测获得的条带大小约为50KDa,与Bmlozenge预测的蛋白分子量一致。免疫荧光显示其在循环血液部分细胞中表达,与DAPI共染发现其主要位于细胞核。  4.家蚕Bmlozenge的RNAi  通过RT-PCR检测家蚕Bmlozenge在血液各时期的表达情况,结果显示Bmlozenge主要在家蚕盛食期高量表达,特别是4龄3天和5龄3天。利用T7体外转录试剂盒,成功合成Bmlozenge的RNAi双链。5龄1天注射家蚕体内,72h取血观察血液黑化速率,并收集血细胞提取RNA,RT-PCR检测Bmlozenge的表达,结果显示Bmlozenge下调后黑化速度变缓。RNAi结果表明Bmlozenge可能参与家蚕免疫反应,尤其是黑化途径,推测Bmlozenge可能与拟绛色细胞的发育相关。  5.家蚕Bmlozenge在果蝇S2细胞系和蚕体过表达  成功构建Bmlozenge过表达载体。首先在体外果蝇S2细胞系中过表达Bmlozenge。结果显示Bmlozenge过表达后,果蝇黑化效应因子ppo1、ppo2和ppo3都显著上调。表明Bmlozenge可以启动果蝇ppo的表达。在家蚕体内过表达Bmlozenge后,家蚕血液黑化速度加快,黑化效应因子ppo1和它的上游激酶baee和paee表达量升高,表明家蚕Bmlozenge因子与黑化作用相关,推测Bmlozenge是通过调控拟绛色来实现这一变化的。这与果蝇S2细胞中情况一致。总之,以上实验说明Bmlozenge因子参与调控家蚕黑化反应,推测其可能调控家蚕拟绛色细胞的形成。
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