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围食膜(peritrophic matrix,PM)作为昆虫中肠内抵御外源病原物的第一道防线,是昆虫体内防御系统的重要部分,是一种主要由几丁质和蛋白质组成的半透性膜。围食膜因子是围食膜中重要的结构蛋白,研究其在抵抗外源病原体过程中的作用具有重要价值。家蚕是具有重要经济价值的鳞翅目昆虫的代表,具有多种突变体和完善的基因组数据库,这为研究家蚕幼虫围食膜在抵抗核型多角体病毒(Bombyx mori nucleopolyhedrovirus,BmNPV)感染过程的作用机制提供重要数据基础,本文研究结果可为家蚕抗性育种和有害昆虫的生物防治提供理论参考。本文比较了两种家蚕品系871C与305对BmNPV的抗性差异、围食膜的特征及其围食膜因子基因的表达情况。研究Bm09641OE和305家蚕的抗性差异。通过Bm09641OE和305中肠转录组数据,分析了过表达围食膜因子Bm09641后对中肠相关基因表达的影响。主要研究结果如下:1.871C和305家蚕对BmNPV抗性检测及围食膜特征通过添食不同浓度BmNPV,检测了871C和305家蚕对BmNPV的半致死剂量(LD50),发现871C家蚕对BmNPV抗性显著高于305,其中871C和305对BmNPV的LD50分别为1.48×10~7PIBs/头和3.43×10~5PIBs/头,两者相差两个数量级。利用冷冻切片技术比较871C和305家蚕的围食膜厚度,同一品系家蚕中,同一龄期幼虫的前部、中部和后部围食膜(PM)厚度无显著差异,但随着龄期的增长,围食膜厚度相应增大;同一龄期比较,871C围食膜厚度显著大于305;比较围食膜渗透性发现,5龄3天871C家蚕前部围食膜渗透性小于305;分析围食膜因子表达,5龄3天871C家蚕Bm09641表达量显著高于305。我们认为,871C与305抗性差异的原因,部分可以用其围食膜厚度和渗透性差异,以及围食膜因子Bm09641的表达量差异对PM形成的影响来解释。2.Bm09641过表达转基因家蚕对BmNPV抗性研究比较过表达Bm09641(Bm09641OE)和敲除Bm09641(Bm09641KO)幼虫与对照305幼虫围食膜的厚度与渗透性,发现在Bm09641OE、Bm09641KO和305中,围食膜的厚度无显著差异,但Bm09641OE中,围食膜渗透性减小;Bm09641KO中,围食膜渗透性增大。Bm09641OE感染BmNPV后的存活率较对照提高一倍;Bm09641KO感染BmNPV后的存活率显著下降。显示围食膜因子Bm09641对BmNPV感染家蚕幼虫致死有显著影响。进一步实验发现,Bm09641OE幼虫其BmNPV增殖复制关键基因vp39和gp41的表达受到显著抑制。扫描电镜观察添食BmNPV后幼虫围食膜表面结构发现,Bm09641OE中BmNPV对幼虫围食膜的破坏比对照延迟24h;中肠组织切片发现,Bm09641OE中BmNPV对幼虫中肠细胞的破坏比对照减轻。我们认为,家蚕围食膜因子Bm09641对BmNPV的影响,可能通过影响围食膜的渗透性,以及抑制病毒增殖复制来抵抗BmNPV的感染。3.Bm09641过表达转基因家蚕与305家蚕中肠转录组分析构建Bm09641OE与305家蚕中5L3d中肠的转录组数据库,生物信息学分析表明,Bm09641OE与305家蚕中肠数据库中共鉴定出2831个差异基因,Bm09641OE中存在着1263个基因上调表达,1568个基因下调表达,其中:(1)GO分析发现这些差异基因主要富集在膜组成部分、跨膜运输、跨膜转运活性、丝氨酸型肽链内切酶活性、丙酮酸羧基酶活性、磷酸烯醇式丙酮酸羧基酶(GTP)活性、嘌呤核苷酸结合、病毒核衣壳、糖异生。KEGG富集分析表明,Bm09641OE与305家蚕中肠的代谢差异主要集中在蛋白质代谢、氨基酸代谢和能量代谢通路上。对富集通路中的差异基因分析发现,上调基因主要为蛋白激酶、转运蛋白和热休克蛋白,下调基因主要为ATP合酶、磷酸烯醇丙酮酸羧基酶和热休克蛋白。推测Bm09641OE中肠中蛋白合成、物质转运和能量代谢更加的活跃。(2)通过对Bm09641OE中其他几个围食膜因子分析发现,Bm01491表达受到显著抑制,Bm00185表达受到显著上调,Bm01504和Bm11851无显著变化,说明Bm09641OE中Bm01491和Bm00185表达受到显著影响,此外,Bm09641OE中与PM合成相关的几丁质合酶(Bm Chs B:KWMTBOMO02040)显著下调,表明Bm09641OE中PM几丁质的合成受到显著抑制,还需进一步研究其机制。(3)进一步分析免疫相关差异基因,Bm09641OE家蚕的细胞免疫通路Toll和Imd通路中有5个差异表达基因,与病毒复制相关的MAPK通路中有24个差异表达基因,4个抗菌肽基因(3个凝集素基因:KWMTBOMO01384、KWMTBOMO15616、KWMTBOMO00982和1个溶菌酶基因:KWMTBOMO07068)高量表达,表明过表达Bm09641基因可以调节中肠免疫通路。综上,871C家蚕对BmNPV的抗性显著高于305家蚕,其围食膜厚度更大、渗透性更小,且围食膜因子Bm09641的表达量更高,可能是抗性差异的部分原因。Bm09641OE抗病毒能力上升,围食膜渗透性减小,而厚度不变,并且Bm09641OE中病毒增殖复制关键基因vp39和gp41的表达受到抑制,病毒对围食膜和中肠上皮的破坏减轻,表明Bm09641在维持围食膜渗透性和抑制BmNPV增殖复制过程中起着重要作用。转录组数据表明,Bm09641OE中肠中更活跃的物质运输、蛋白加工和能量代谢,可能对保持中肠生理功能的稳定具有积极作用,从而增强对外源病原体的抗性。