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本文选择严重危害养猪业、并具有重要公共卫生学意义的猪蛔虫作为研究对象,应用抑制消减杂交技术,构建感染期幼虫差异表达的cDNA文库,从而获得大量的感染期幼虫相关基因;再应用cDNA微阵列表达谱芯片技术进一步筛选感染期幼虫差异表达基因,通过EST测序及序列比对分析,获得每个EST代表的相关生物学信息;并应用半定量RT-PCR方法分析感染期幼虫部分差异基因在猪蛔虫各期幼虫、虫卵和成虫的表达情况;选择与幼虫发育相关的两个ESTs,应用RNA干扰技术,初步探讨其基因序列的功能。
采用低浓度(0.4%)琼脂凝胶结合贝尔曼氏法分离幼虫的方法,获得了大量高纯度的幼虫,从而保证了总RNA的质量。在此基础上,应用抑制消减杂交(SSH)技术,构建了猪蛔虫感染期幼虫差异表达的消减cDNA文库,并采用斑点杂交技术检测了该文库的特异性。小量的测序及序列分析进一步验证了所获得的消减cDNA文库具有良好特异性。
从所构建的消减cDNA文库中挑选阳性克隆2671个,PCR扩增其插入片断,经纯化后点样于预先处理好的基片上,制备成cDNA微阵列芯片。用二种不同的荧光染料通过逆转录反应将各发育期虫体的mRNA分别标记成二种荧光的探针,共5组探针,即感染期幼虫与雌虫、感染期幼虫与雄虫、感染期幼虫与L4、感染期幼虫与肺中L3、感染期幼虫与虫卵,将探针混合后与基因芯片进行杂交、洗涤,用特有的二种荧光波长扫描芯片,得到点样克隆在不同样本中的表达谱,通过计算机软件处理分析,从而得出这些克隆在各发育期虫体差异表达的情况,并将这5组探针杂交分别获得的信息综合,筛选出感染期幼虫差异表达于其它发育期虫体的基因。
实验对同一克隆在同一基片不同位置进行双点杂交,以及反标杂交都保证了实验数据的有效性和准确性。每组探针在正反标中同时都存在表达差异的基因克隆,即一个克隆,在两张芯片上共有4个信号值同时存在差异性的分别有1684,2117,1828,2233,2504 个,这些数据所代表的基因在与两种探针杂交时表现出较大的差异,且上下调趋势一致,程度相似。同一个克隆在10张芯片上同时存在差异的有1526个,即感染期幼虫基因相对于其它各期虫体(雌虫、雄虫、L4、L3和虫卵)都存在差异的克隆数有1526个。
根据芯片杂交结果,筛选出表达差异最明显的前515个克隆进行测序,获得有效序列498个,这些序列去除载体和接头后,采用100bp,90%的原则对这些有效序列进行基因归并,获得单个ESTs 91个。序列相似性搜索结果表明,64个ESTs与已知的 ESTs 有74%~100%的相似性,27个无相似性。对非冗余性数据库进行Blastn和Blastx分析表明,43个ESTs与GenBank中的非冗余性数据库的基因序列具有明显相似性,48个ESTs没有明显相似性,可认为是新的ESTs。在这43个具有相似性的ESTs中,23个ESTs与23个新杆属线虫的基因序列具有相似性,13个ESTs与9个猪蛔虫和其它寄生线虫的基因序列具有相似性,7个ESTs与其它物种的基因序列具有相似性。这些相似性基因序列编码的蛋白主要包括一些蛋白激酶或磷酸酶、烯醇酶、神经肽样多肽及其前体、小热休克蛋白、Poly A结合蛋白、核糖体蛋白大亚基家族成员及PDZ结构域包含蛋白等。采用RT-PCR对16个差异基因在不同发育期虫体的mRNA丰度进行半定量分析。本研究结果表明,目的基因在猪蛔虫感染期幼虫中呈高丰度表达,与表达谱cDNA芯片的结果一致,进一步验证了消减文库的差异性。
首次以体外脱鞘的感染期幼虫为对象,采用RNAi技术,初步探讨了猪蛔虫感染期幼虫的两个相关基因的功能。选择编码猪蛔虫感染期幼虫磷酸烯醇丙酮酸羧激酶EST序列18E12和新的EST 07E12,采用浸泡的方法,将其dsRNA直接导入体外脱鞘的感染期幼虫中,通过RT-PCR检测了所选目的基因产生的干扰效果。
针对目的序列设计特异引物及连接T7启动子的引物,扩增获得的DNA5’端连有T7启动子,在RNA聚合酶的作用下,转录合成dsRNA,通过浸泡的方式将dsRNA导入感染期幼虫中,在浸泡后的4个不同的时间点提取实验组和对照组虫体的总RNA,通过RT-PCR检测浸泡入虫体的dsRNA发生干扰的效应。实验结果表明,对18E12,在浸泡后24h、48h检测到了相对应的基因表达的存在,因此,可以认为,浸泡的dsRNA没有进入虫体,或浸泡的dsRNA已经进入虫体,但是还没有发生互补链的降级或只发生了少量互补链的降解。往后的时间,即浸泡后的72h和96h,只在对照组检测到了对应的RNA。这初步表明,导入虫体内的dsRNA发挥了干扰效应,将其互补的链降解。07E12的浸泡试验中,在浸泡后24h、48h、72h都检测到了相对应的基因表达的存在,但表达量随时间依次减少,在96h之后在实验组没有检测到07E12的相应RNA的表达,说明dsRNA进入虫体并逐渐发挥了干扰作用。
本研究应用抑制消减杂交技术,结合cDNA微阵列表达谱分析,筛选出猪蛔虫感染期幼虫的差异表达基因,并应用RNAi技术初步研探讨了两个差异表达基因的功能,这些研究结果为发现新的药物靶标及新的疫苗候选分子奠定了基础,并对最终阐明寄生线虫发育的分子机制、有效防治寄生线虫病具有重要意义。