【摘 要】
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果蝇的的精子发生是一个复杂连续的过程,需要多个基因表达产物的相互配合才能维持整个过程的完整性。其中由精巢特异性表达基因janusB(janB)进化而来的ocnus(ocn)基因也是精巢特异表达基因,但目前对该基因在果蝇体内的具体功能及参与机制还不清楚。我们课题组前期对ocn基因进行精巢特异性敲降后发现:该基因在mRNA水平上的表达量及胚胎的孵化率显著降低、敲降后雄蝇的性活力下降、精巢发育出现异常。
【基金项目】
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国家自然科学基金31501893;
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果蝇的的精子发生是一个复杂连续的过程,需要多个基因表达产物的相互配合才能维持整个过程的完整性。其中由精巢特异性表达基因janusB(janB)进化而来的ocnus(ocn)基因也是精巢特异表达基因,但目前对该基因在果蝇体内的具体功能及参与机制还不清楚。我们课题组前期对ocn基因进行精巢特异性敲降后发现:该基因在mRNA水平上的表达量及胚胎的孵化率显著降低、敲降后雄蝇的性活力下降、精巢发育出现异常。由此可以得出结论:ocn基因对雄蝇的生殖能力有重要影响,但具体的作用机制有待进一步研究确定。在上述研究成果基础上,本研究中,我们首先制备了 ocn蛋白的抗体,并利用Western bolt技术从蛋白水平验证了 ocn基因特异性敲降的效果。随后我们对ocn敲降后的雄蝇精巢进行免疫荧光染色,结果发现:ocn敲降后的雄蝇中有84.38%(54/64)的精巢体积减小且发育异常,并未出现成熟的精子和成型精子束,同时精巢内的生殖细胞减少、Hub细胞向精巢内延伸,发生异位积累。由此进一步表明了ocn基因敲降对雄蝇的精子发生进程的重要影响。为了深入揭示ocn基因敲降导致雄性育性异常的分子机制,我们进一步以ocn基因敲降和未敲降的的雄蝇腹部为材料进行蛋白组测序和磷酸化蛋白组测序。在蛋白组学中,共鉴定到1478种差异性表达蛋白,其中包括520种上调表达蛋白和958种下调表达蛋白。通过GO功能分析和KEGG分析发现:这些差异蛋白分布最多的为代谢通路,同时可能直接参与果蝇体内多个蛋白合成过程,如内质网中蛋白质深加工等多个通路等,结合ocn基因在其它物种中具有的功能以及janB蛋白的功能,初步推测:ocn蛋白在果蝇体内以酶的形式存在起催化作用。在磷酸化蛋白组学中,共鉴定到590个差异磷酸化蛋白,包括1 10个上调磷酸化蛋白和480个下调的磷酸化蛋白。这其中仍有部分差异磷酸化蛋白功能尚未清楚,除此之外,有多种差异磷酸化蛋白在信号转导机制、细胞壁、生物膜发生、氨基酸转运和代谢方面发挥作用,此外,显著富集的GO分析结果显示这些差异蛋白与核蛋白复合体、细胞质、大分子复合物、染色体/质等结构相关,Pathway分析显示差异磷酸化蛋白主要参与生化代谢途径和信号转导途径。除此之外,共鉴定到28种差异表达组氨酸磷酸化蛋白,但因技术有限不能确定这些蛋白的具体表达量,只能对这些蛋白进行初步分析。综合蛋白质组学的分析,进一步推测ocn蛋白在果蝇体内作为一种酶而存在,并且可能还具备其它功能。基于蛋白组学结果,初步筛选出一系列显著差异表达蛋白,由于未有对应的蛋白抗体,便检测了它们在mRNA水平上的表达量。与对照组相比,实验组中基因loopin-1、ATPsynL-PA、Rps19b、Obp99a、goddard表达发生极显著下调。除此之外,在蛋白组学中cyt-c11蛋白的表达量是对照组的0.11倍,且该基因对雄蝇育性有着非常重要的影响。但酵母双杂交实验结果显示:这两种基因不存在蛋白层面上的直接的相互作用,因此,两者之间的关系有待进一步的研究确定。总体来说,雄蝇体内ocn基因的敲降后对精子发生产生显著的破坏性影响,包括精巢外部结构,内部发育,相关蛋白表达以及多个生命通路途径等,有关ocn在雄蝇内所发挥的具体作用以及参与的调控作用机制还需进一步的研究确定。
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