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近日节律是生物界最普遍的一种节律行为,光节律和温度是影响近日节律基因表达的重要授时因子。家蚕(Bombyxmori)是鳞翅目模式昆虫,也是唯一实现了产业化生产的经济昆虫。滞育是家蚕等昆虫的基本生理现象,是影响蚕业生产和害虫防治的重要性状。家蚕滞育发生在卵期,由亲代蚕卵孵化期(催青期)的温度、光节律等环境因子诱导决定。在家蚕滞育卵诱导条件下,研究家蚕的近日节律分子机制,对进一步探明家蚕滞育的生物钟分子机制,对农林害虫的防治,都具有重大的理论价值和实际意义。家蚕period(per)和timless(tim)同源基因序列是最新根据大造品种克隆的序列,基因的功能还未确定。本文以家蚕C108品种为材料,用RT-PCR和胚胎原位杂交等方法,调查了蚕卵孵化期光节律和温度对家蚕整个世代(蚕卵-幼虫-蛹-蚕蛾-次代卵)per和tim基因时空表达谱的影响,从滞育调控角度研究了近日节律基因的作用机制。
家蚕在孵化期25LL(25℃持续光照)滞育卵完全诱发条件下,per基因表达量显著高于15DD(15℃持续黑暗)非滞育卵完全诱发条件,也高于20LD(20℃、LD=12:12)滞育卵和非滞育卵同时诱发条件,尤其是在孵化后期胚胎神经系统发育完全后(7d后)更加显著。tim基因在25LL条件下的表达水平在孵化后期明显高于20LD和15DD条件。进一步调查家蚕胚胎对环境敏感时期(7d-9d)per和tim基因的昼夜表达节律,在15DD条件下,tim基因表达量一直很低,tim基因和per基因的表达量都没有明显的节律性变化;而25LL和20LD条件下,两基因在一日中不同时刻的表达具有明显的节律性,表达量也较高。说明胚胎神经系统发育后,能够增强对外界光照和温度的感知能力,提高per基因和tim基因对授时因子的敏感性,而这两个基因对光照和温度的反应存在差异。
家蚕幼虫、蛹和蚕蛾不同组织的表达研究表明,卵孵化期低温(15℃)或者高温(25℃)条件下,不同光节律对头部、生殖腺和脂肪体(1-3L为全蚕)中per基因和tim基因表达的影响没有显著差异。在持续光照(LL)或者黑暗(DD)条件下,15℃、20℃和25℃孵化温度对头部、生殖腺和脂肪体(1-3L为全蚕)中per基因和tim基因的表达也无明显作用。温度(25℃、20℃、15℃)和光照(LL、LD、DD)完全交叉设计组合之间,per基因和tim基因的表达水平也没有出现明显的变化。说明卵孵化时期所感受的温度和光节律对幼虫至蚕蛾期的per和tim基因时空表达影响不大,提示滞育诱导条件对胚后时期的近日节律没有显著影响。
家蚕蚕卵25LL孵化条件下所产子代滞育性卵,产卵后20h通过盐酸活化处理,此后的胚胎活化和发育过程中,per基因和tim基因一直维持高水平的转录活性,说明胚胎发育过程中per基因和tim基因表达处于活跃状态。值得注意的是,亲代孵化期光照条件下25℃与15℃孵化温度之间,以及15℃低温条件下LL与DD光制之间,per基因和tim基因在次代卵的表达水平都没有明显的差异。说明蚕卵孵化时期的温度和光节律不会对次代卵中的近日节律基因per和tim表达产生影响。
家蚕卵孵化期诱导滞育的授时因子温度和光制的变化,能够直接影响近日节律基因per和tim的表达,但对胚后虫体及子代卵中的per和tim的表达没有明显影响。以滞育诱导为表型,以温度和光制这两个近日节律授时因子与蚕卵滞育诱导条件为影响因素,以近日节律基因per和tim的反应结果为依据,可以推测对蚕卵滞育诱导影响的基因网络中,近日节律基因per和tim是处于上位的重要基因。