中华按蚊RNAi技术平台的建立及应用

【目的】建立一套经济、便捷及高效的RNAi技术平台。【方法】以中华按蚊(Anopheles sinensis)为模式物种,从材料固定、注射部位、注射剂量等方面进行改进,并利用该平台沉默中华按蚊黑色素代谢途径中在蛹期表达的一个关键基因,以验证该技术平台的操作性。【结果】建立了中华按蚊显微注射平台,通过摸索和改进注射操作技术,利用该平台成功地实现了幼虫、蛹和成蚊的显微注射;同时,有效地沉默了该关键基因的表达,获得了黑化缺陷的蛹表型。【结论】该平台体系的建立,不仅为中华按蚊功能基因的研究提供了分析手段,同时也为其他涉及显微注射的技术体系提供了参考。     

中华按蚊雌雄蚊转录组比较分析

【目的】对中华按蚊(Anopheles sinensis)雌、雄蚊的转录组测序数据进行差异表达分析,获得两者间差异表达基因,对它们进行功能富集分析,挖据这些基因的功能表现和参与的通路。【方法】基于已知中华按蚊雌、雄蚊转录组数据进行了RNA-Seq数据相关性检查,利用R语言DESeq包比较雌蚊和雄蚊中基因的差异表达情况,并用GOseq和KOBAS对筛选出来的差异表达基因进行GO和KEGG富集分析。【结果】Pearson相关系数的平方(R2)大于0.92,说明样本在3个生物学重复间具有高度相关性,可用于进一步分析;中华按蚊雌、雄蚊差异表达基因共3 298个,其中1 589个基因在雌蚊中表达上调,1 709个基因在雌蚊中表达下调;差异表达基因明显富集在酰胺生物合成、有机酸代谢、肽代谢过程等功能类别上,参与核糖体在真核生物中的生物发生、RNA转运等KEGG通路。【结论】上述结果对深入研究不同性别的中华按蚊基因表达及差异具有潜在价值。     

山桐子IpSAD基因家族分析及功能鉴定

【目的】硬脂酰-ACP Δ⁹脱氢酶(stearoyl-ACP Δ⁹ desaturase,SAD)是决定脂肪酸组成的关键酶,分离和鉴定木本油料植物山桐子(Idesia polycarpa)的SAD基因,可为遗传改良山桐子油的脂肪酸组成提供基因资源。【方法】 使用 HMM 和 Blastp 鉴定山桐子全基因组中的SAD家族成员;利用MEGA X、MEME和PlantCare等在线软件对其蛋白质理化性质、系统发育关系、基因结构、保守基序和启动子顺式调控元件等进行分析;使用MCSCANX分析山桐子和毛果杨SAD基因之间的共线性关系;基于RNA-seq数据,分析IpSAD各成员的表达模式,通过病毒诱导的基因沉默技术(virus induced gene silencing,VIGS)快速验证它们的生物学功能。【结果】 ①在山桐子基因组中共鉴定到7个IpSAD基因(IpSAD1~7),多重序列比对结果显示各成员间序列相似度较高且结构域保守;②系统发育分析表明,IpSAD成员可以分为3个亚组,与拟南芥SAD家族的分类结果一致,拟南芥单不饱和油酸合成关键基因AtSSI2与山桐子IpSAD2、IpSAD3、IpSAD4的亲缘关系较近;③启动子区域顺势调控元件预测结果显示IpSAD基因的启动子含有光反应、脱落酸响应等顺式调控元件;④IpSAD基因按其组织表达模式可分为3类,第1类和第2类成员在大部分组织中表达量较低,而第3类成员在所有组织中表达量均较高。⑤沉默IpSAD基因使叶片的油酸含量显著降低,其中IpSAD3的沉默可使油酸含量下降76%。【结论】 明确了IpSAD家族各成员的基本特征,确定了它们对于油酸合成的生物学功能,并为山桐子油脂生物合成调控机制研究奠定了基础。     

中华按蚊AsBe3基因的克隆、生物信息学分析与分子对接

【目的】克隆中华按蚊(Anopheles sinensis)羧酸酯酶基因AsBe3,并对该基因进行生物信息学和分子对接分析。【方法】克隆AsBe3基因编码序列,并在AsBe3蛋白的理化性质、系统发生关系、二级结构、多重序列比对、系统发育关系等方面对进行了预测和分析;通过同源建模和分子对接,分析AsBe3蛋白与氟氯氰菊酯形成稳定复合物的关键氨基酸残基。【结果】通过克隆得到了编码AsBe3基因的序列,大小为1 302bp。在系统发育关系方面,AsBe3蛋白在8种不同物种中具有很高的保守性。AsBe3蛋白是疏水性蛋白,相对分子质量为48.45kDa,无信号肽和跨膜区。氟氯氰菊酯与AsBe3蛋白的结合自由能约为-42.3kJ·mol~(-1),理论上AsBe3蛋白能够代谢氟氯氰菊酯。【结论】研究结果为后续对AsBe3基因进行生物学功能研究奠定了基础,为下一步开展AsBe3蛋白代谢研究提供了基础数据,也为阐释羧酸酯酶代谢抗性的分子机制提供了理论依据。     

小菜蛾泛素基因的克隆与分析

运用RT-PCR技术,从小菜蛾幼虫总RNA反转录产物中扩增出泛素基因的cDNA序列.利用RNA干扰(RNAi)技术将一段体外合成的与小菜蛾泛素延伸蛋白基因UBA52同源的dsRNA注入四龄幼虫体内,以抑制小菜蛾UBA52基因的表达.半定量RT-PCR结果显示,72 h后沉默组小菜蛾幼虫体内UBA52基因的mRNA表达量显著下调.本实验成功沉默小菜蛾泛素基因,此RNAi干扰体系的建立为利用此技术分析小菜蛾及其他昆虫基因的功能提供了参考.     

葱蝇防御素基因的鉴定及针刺对基因表达的影响

【目的】分析葱蝇(Deliaantiqua)防御素基因家族的序列特征、分子进化和基因表达模式,了解防御素基因在滞育期的免疫应答特征。【方法】利用生物信息学方法,从转录组数据库中搜索防御素基因家族的序列,并进行基因鉴定、系统发育、选择压力及针刺刺激对基因表达的影响分析。【结果】共鉴定出3个防御素前体序列及由此形成的40个氨基酸残基组成的成熟肽Da Df1e ,Da Df2e 和 Da Df3e ,理论分子量分别为4.09,4.124.09k Da;等电点分别为8.71,8.69和8.35;它们具有昆虫防御素的典型的保守结构域,有3对分子内二硫键,均为外分泌型、稳定多肽。系统发育分析显示葱蝇防御素成熟肽Dadef1与新陆原伏蝇(Protophormiaterraenovae)、丝光绿蝇(Luciliasericata)和家蝇(Muscadomestica)防御素亲缘关系最近并聚为一枝,再与 Dadef2和 Dadef3聚为一枝。基因表达分析表明针刺能明显影响葱蝇防御素基因的表达。【结论】葱蝇防御素基因家族序列保守性高,具有典型的家族特征;它们的表达模式在冬滞育和非滞育蛹的不同发育时期存在明显差异,说明葱蝇冬滞育蛹和非滞育蛹的免疫应答存在差异。研究结果为进一步研究昆虫防御素类抗菌肽的结构特征、进化以及滞育条件下免疫活动提供理论基础。
     

葱蝇防御素基因的鉴定及针刺对基因表达的影响

【目的】分析葱蝇(Delia antiqua)防御素基因家族的序列特征、分子进化和基因表达模式,了解防御素基因在滞育期的免疫应答特征。【方法】利用生物信息学方法,从转录组数据库中搜索防御素基因家族的序列,并进行基因鉴定、系统发育、选择压力及针刺刺激对基因表达的影响分析。【结果】共鉴定出3个防御素前体序列及由此形成的40个氨基酸残基组成的成熟肽DaDef1,DaDef2和DaDef3,理论分子量分别为4.09,4.12 4.09kDa;等电点分别为8.71,8.69和8.35;它们具有昆虫防御素的典型的保守结构域,有3对分子内二硫键,均为外分泌型、稳定多肽。系统发育分析显示葱蝇防御素成熟肽Dadef1与新陆原伏蝇(Protophormia terraenovae)、丝光绿蝇(Lucilia sericata)和家蝇(Musca domestica)防御素亲缘关系最近并聚为一枝,再与Dadef2和Dadef3聚为一枝。基因表达分析表明针刺能明显影响葱蝇防御素基因的表达。【结论】葱蝇防御素基因家族序列保守性高,具有典型的家族特征;它们的表达模式在冬滞育和非滞育蛹的不同发育时期存在明显差异,说明葱蝇冬滞育蛹和非滞育蛹的免疫应答存在差异。研究结果为进一步研究昆虫防御素类抗菌肽的结构特征、进化以及滞育条件下免疫活动提供理论基础。     

嗜线虫致病杆菌抗生素基因簇克隆及遗传体系建立

【目的】嗜线虫致病杆菌(Xenorhabdus)是昆虫病原线虫的共生菌,研究此共生菌分泌的抗菌活性的次级代谢产物基因蔟信息。【方法】通过直接PCR将目的基因簇分为数段扩增,利用天然酵母重组系统实现体外重组;同时采用果聚糖蔗糖转移酶基因sacB负筛选系统,通过两次同源臂重组构建基因敲除突变株,建立嗜线虫致病杆菌DSM 16338的遗传操作系统。【结果】成功获得推测目的基因簇;缺失所推测基因簇的3个相连基因,筛选到大片段缺失突变株GW2及调控基因敲除突变株GW4。【结论】利用高效的直接克隆方法获得了基因簇,成功对DSM 16338推测基因簇完成了基因中断,建立了该菌的遗传操作系统,为阐述此类细菌天然产物的生物化学多样性奠定了基础。     

阴沟肠杆菌一个内切纤维素酶Cel8A的克隆和功能证实

【目的】为了解决纤维素的酶水解问题,分析能水解纤维素的微生物的相关基因。【方法】从阴沟肠杆菌(Enterobacter cloacae)的基因组数据中挖掘纤维素酶相关基因,发现开放读码框Cel8A和纤维素酶基因序列具有高相似性。利用重组表达技术在大肠杆菌中对Cel8A基因进行表达,纯化重组蛋白质并对该蛋白质进行功能鉴定。【结果】Cel8A蛋白质能水解羧甲基纤维素钠,它具有β-1,4-内切葡聚糖酶的水解特性。Cel8A的最适反应pH值为7.0,最适温度为40℃。【结论】成功克隆表达阴沟肠杆菌的Cel8A基因,并证实该基因编码的蛋白质具有β-1,4-内切葡聚糖酶活性,为进一步研究阴沟肠杆菌的纤维素酶组成以及纤维素降解机理奠定了基础。     

高通量测序在蜜蜂基因组中的应用及研究进展

【目的】回顾近些年来在蜜蜂基因组研究领域取得的进展，为后续进一步研究提供参考。【方法】检索蜜蜂高通量测序相关文献并归纳总结，获得高通量测序在蜜蜂基因组中的应用和研究进展。【结果】高通量测序主要应用于蜜蜂线粒体基因组、核基因组和转录组3个方面。目前，蜜蜂属（Apis）下所有9个种的线粒体基因组以及6个种的全基因组已被获得。基于转录组测序分析，一些与蜜蜂重要性状相关的候选基因被靶定。【结论】高通量测序技术的快速发展，使得该技术在蜜蜂基因组学的研究应用范围不断扩大、应用深度不断加深。这为研究蜜蜂分类、系统演化、群体遗传、亲缘关系、群体历史等提供了重要的数据支撑，也为进一步筛选和利用关键基因提供了理论支持。