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微孢子虫(Microsporidia)专营细胞内寄生,不含线粒体,具极丝的单细胞寄生物。其中家蚕微粒子病的特异病原家蚕微孢子虫Nosema bombycis,严重威胁着蚕丝业的持续稳定生产。针对当前生产上家蚕病原微孢子虫与昆虫微孢子虫存在相互交叉感染的现状,在广泛收集国内外各种家蚕病原性微孢子虫和昆虫微孢子虫材料的基础上,联合使用两对引物V1f/530r和KAI01N/KAI02N和PCR-RFLP的方法快速鉴别家蚕等昆虫微孢子虫,并从Hsp70基因着手,经引物设计、克隆测序,生物信息学软件分析等,对本课题组收集保存的10株家蚕等昆虫来源的微孢子虫进行了Hsp70基因的系统发育和功能分析研究,为生产上查明家蚕病原性微孢子虫的来源及相互之间的种属亲缘关系等提供了部分分子证据,并进而为生产上开发快速鉴别家蚕病原性微孢子虫的PCR试剂盒和微粒子病的防治和检测等提供实验参考。本研究的结果如下:
(1)联合使用两对引物V1f/530r和KAI01N/KAI02N对10株家蚕等昆虫来源的微孢子虫进行Ⅳbombycis种水平的PCR鉴别。经电泳检测结果分析初步推断家蚕微孢子虫、桑尺蠖微孢子虫、菜粉蝶微孢子虫、斜纹夜蛾微孢子虫、在桑尺蠖中繁殖了24代的家蚕微孢子虫25Nbh、家蚕微孢子虫浙江株、家蚕微孢子虫广西株等7株微孢子虫亲缘关系很近,可能与n.bombycis是同种。
(2)设计的引物HspF/HspR可以有效扩增出10株家蚕等昆虫来源的微孢子虫Hsp70基因中1136bp大小的片段。经遗传距离矩阵和系统发育分析表明:家蚕微孢子虫与野外昆虫来源的微孢子虫的亲缘关系密切,暗示了家蚕病原微孢子虫与野外昆虫微孢子虫存在交叉感染的可能性;不同的微孢子虫在不同的寄主中的寄生生活可能是一个相互选择和适应的过程;微孢子虫Hsp70基因具有遗传多样性;家蚕微孢子虫是一个种复合体(complex)。
(3)设计了两对引物cdsF1/cdsR1和cdsF2/cdsR2,经克隆测序、生物信息学软件的拼接分析等,分别获得了家蚕微孢子虫Ⅳ.bombycis(1899 bp)和柞蚕微孢子虫Nosema antheraeae(1937 bp)的Hsp70基因的全长开放阅读框ORF序列。系统发育分析显示微孢子虫的线粒体Hsp70基因与真菌和动物的线粒体Hsp70基因亲缘关系都很近,但独立进化为一支,且进化支较长。
(4)经生物信息学软件分析发现,家蚕微孢子虫存在1个潜在的信号肽剪切位点和2个跨膜结构域,而柞蚕微孢子虫无潜在的信号肽剪切位点,且仅有1个跨膜结构域。同时发现两种微孢子虫均存在3个Hsp70蛋白家族标记,均无糖基化位点;二级结构、亲水性、柔韧性、表面可能性及抗原性预测等均提示该蛋白具有丰富的抗原位点。 (5)基于Pfimer5.0软件对6株昆虫微孢子虫Hsp70基因部分序列分析的基础上,选用Hinf I、PshB I、Ssp I和SnaB I等四种限制性内切酶,分别对上述6株昆虫微孢子虫的Hsp70基因PCR扩增产物进行酶切分析,结果可初步鉴别出柞蚕微孢子虫、桑尺蠖微孢子虫、小菜蛾微孢子虫和菜粉蝶微孢子虫等4株微孢子虫;并用Philip3.62软件对酶切结果进行聚类分析,结果与基于Hsp70基因部分序列的系统发育分析结果和引物KAI01N/KAI02N的扩增结果一致,在一定程度上说明了家蚕微孢子虫、桑尺蠖微孢子虫、菜粉蝶微孢子虫、斜纹夜蛾微孢子虫、在桑尺蠖中繁殖了24代的家蚕微孢子虫25Nbh、家蚕微孢子虫浙江株、家蚕微孢子虫广西株等7株微孢子虫可能是家蚕微孢子虫的同种,或种内的不同的亚种或不同的地理株系,亦说明了基于Hsp70基因的PCR-RFLP方法用于鉴别昆虫微孢子虫的可行性。