家蚕感染白僵菌差异表达基因研究

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球孢白僵菌(Beauveria bassian)是蚕业生产上危害最严重的病原真菌,其导致的僵病是养蚕业的三大传染病之一,给蚕业生产带来了重大的经济损失。开展家蚕与白僵菌互作的分子机制研究,对探索昆虫宿主与病原真菌的应答、对僵病的诊断防治、及将其运用到农林害虫的生物防治、提高其杀虫效果具有重要意义。以家蚕P50为实验品种(本研究所用的蚕品种均是P50),白僵菌体表接触感染家蚕幼虫的体壁及附着组织为实验组、水处理家蚕幼虫的体壁及附着组织为对照材料,利用抑制性消减杂交方法构建了正反向消减cDNA文库,240个阳性克隆经测序、比对分析共获得56个已知基因和32个新的ESTs序列。Real-time quantity PCR分析了其中的6个基因(热激蛋白70,亲环素,翻译控制肿瘤蛋白,乙醇还原酶,过氧化氢酶,核糖体膜相关的蛋白4)分别在感染后6h、8h、10h、12h、15h、18h、24h时感染蚕与对照蚕体壁及附着组织的相对转录水平。以家蚕5龄第三天的幼虫为试验对象,以体壁穿刺感染白僵菌的蚕为实验组、穿刺灭菌水的蚕为对照组,采用抑制性消减杂交方法构建了感染蚕和对照蚕血淋巴与体壁及附着组织的正、反向文库,140个阳性克隆测序分析后共得到48个已知基因和5个未知ESTs序列。与体壁接触感染的数据库相比较,本库中与蛋白质合成、运输、贮存功能有关的基因出现的频率比较高;与免疫有关的应激基因的种类有一定的差异,除了都有的热激蛋白类、过氧化氢酶、抗菌肽B前体外,体壁库中还有泛素、核糖体蛋白L10A、乙醇脱氢酶、细胞色素b等,而穿刺库有溶菌酶、rubisco活化酶、Moricin、gloverin4等。Real-time quantity PCR分析了其中的6个基因(转铁蛋白、化学感应蛋白11、肌肉LIM蛋白亚型、性别特异性贮存蛋白SP1、芳基贮存蛋白、30KD脂蛋白)在穿刺后3h、6h、9h、12h、24h时感染血淋巴与对照血淋巴中的相对转录水平。用RACE方法从体表感染的正向库中克隆了编码家蚕锌指蛋白1的基因(BmZF1)和编码高迁移率族蛋白(BmHMBG)基因的全长cDNA,并对其进行了生物信息学分析。BmZF1基因的cDNA全长是1850bp,其中5’非翻译区有195bp、3’非翻译区有464bp,1191bp的开放阅读框,共编码396个氨基酸;在多肽链的第4-28、66-90、172-195、223-250的氨基酸残基处各含有一个ZnF-C2H2结构域,该基因编码的蛋白属于C2H2型锌指蛋白,是锌指蛋白家族中的一员。BmHMBG基因的全长为3015bp,含313bp的5’非翻译区和2114bp的3’非翻译区,588bp的开放阅读框,共编码195个氨基酸。这是一个小分子亲水蛋白,在多肽链的第107-173氨基酸残基上含有一个HMGB-UBF_HMG-box结构域,这是一种DNA结合蛋白,属HMG-Box超家族。BmZF1和BmHMBG在家蚕的脂肪体、血淋巴、体壁、中部丝腺、后部丝腺、中肠、马氏管、生殖腺等主要组织中均有表达;Real-time quantity PCR结果表明,BmZF1在感染组织中的表达水平明显上调,可能是发挥了其通用转录因子的作用,使感染组织中其他蛋白的表达也上调,使机体无法利用凋亡等途径抑杀吞噬了白僵菌菌丝的细胞,从而使有免疫功能的血细胞数量逐渐减少,真菌孢子的数量逐步增加。BmHMGB荧光定量PCR结果表明,在感染白僵菌的家蚕组织中的表达水平明显高于正常组织,以感染后24h的相对表达量为例:感染白僵菌的后部丝腺是对照后部丝腺的5.98倍,中部丝腺是7.31倍,中肠10.31倍,性腺4.56倍,马氏管4.20倍,脂肪体6.11倍,体壁8.34倍,血淋巴21.71倍。推测当白僵菌侵染家蚕后,宿主的天然免疫应答被激活,家蚕具有免疫功能的血细胞主动分泌、凋亡的细胞被动释放BmHMGB,最终体液中BmHMGB的浓度升高,BmHMGB与其他因素的协调作用导致家蚕机体功能紊乱,最终死亡。本研究为从分子水平上阐明家蚕应对白僵菌侵染的应答机制和白僵菌感染家蚕的致病机理提供了新视野和新依据,为进一步研究家蚕锌指蛋白与BmHMGB等家蚕免疫相关蛋白与白僵菌互作的关系奠定了基础。
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