生物的体表着色是一种非常普遍的现象,每一个生物个体都有自己独有的区别于同种生物和其他生物的着色模式。生物的着色有着诸多的功能,不仅能适应所生存的环境,躲避天敌的捕食；还参与自身发育,具有保护生物体表和DNA免受紫外线的损伤的功能。昆虫(幼虫和成虫)体表具有丰富多样的体色和着色模式,对昆虫着色分子机制的研究发现,色素物质合成代谢途径中相关基因的突变和上游调控基因的调节,就会产生出新的体表着色和增加着色多态性。在人中,色素合成途径中基因的突变也会造成人毛发、眼色、皮肤着色的改变,通常这些着色变化伴随着相关疾病的发生。昆虫作为生物界中数量最多的一类生物,其体表拥有丰富的着色多样性,但到目前为止,人们对于昆虫表皮着色分子机制的理解还非常有限。家蚕(Bombyx mori)是从中国的野桑蚕驯化而来,大约有五千年的历史。作为一种重要的模式昆虫,家蚕和蝴蝶、果蝇等昆虫一样有着丰富的着色多样性。家蚕全基因组框架图等重大项目的完成,为我们研究家蚕体表着色的分子机制提供了大量的数据。同时西南大学家蚕基因资源库保存了近1000个突变体,其中很多是体色相关的突变体。因此家蚕可以作为一个很好的生物着色研究的进化模型和人类疾病模型。本研究以961B和961C两个家蚕材料作为研究材料。961B和961C是1996年春季由家蚕(激华)与野蚕杂交育成的两个材料。家蚕961B幼虫体表着色模式简单,全身为白色；961C幼虫期壮蚕从4眠前后体表着色差别很大,4眠前体表着色主要为黑色,伴以白色相间且不均匀,在靠近眼状纹的两侧有很大一块呈现出白色,在靠近尾部的两侧也为白色,当进入眠期到5龄起,其表皮着色发生显著改变,全身呈现出棕褐色,靠近头部的表皮和其他的位置的表皮带有浅红色,5龄前的白色着色已不复存在,随着家蚕的生长发育,其表皮的颜色变浅,越来越接近桑树枝的树皮颜色,最后与桑树枝的颜色形成一体。采用超显微技术(TEM)、高效液相色谱法(HPLC)及分子生物技术在细胞、生理生化及分子水平上比较两个家蚕材料表皮着色的差别,来探究家蚕表皮着色的分子机制。主要的研究内容及结果如下：1.表皮超显微水平上的比较选取961B和961C两个家蚕5龄1天表皮,经固定,染色、切片、透射电子显微镜观察发现,961B表皮的真皮细胞含有大量的尿酸盐颗粒,在角质层没有黑色物质存在。而在961C表皮的真皮细胞也含有较多的尿酸盐颗粒,但数量比961B的要少,同时真皮细胞里还含有数量巨大、形状大小均一但颜色不一样的眼色素颗粒；在角质层含有形态差别较大的黑色素颗粒复合物。2.黑色素前体物质的含量测定我们分别提取了961B和961C三个主要时期(四龄三天、四眠、五龄一天)的表皮的黑色素前体物质的混合物,通过高效液相色谱法(HPLC)来测定黑色素合成途径中三种前体物质(多巴、多巴胺和N-β丙氨酰多巴胺)的含量。结果发现：(1)作为黑色素合成路径上的上游物质多巴在两个家蚕材料表皮中的含量差异不显著。最后一个时期的含量是前两个时期含量的两倍多。(2)多巴胺在两个家蚕材料之间的差异显著,961C中的含量在三个时期都比961B的要高,且在4眠的含量比另外两个时期高。(3)N-β丙氨酰多巴胺在两个家蚕材料表皮中的含量在三个时期呈增加的趋势,在最后一个时期增幅比较大,且961C中的含量在三个时期都比961B的要高。3.色素代谢途径上基因的表达谱分析通过RT-PCR及q-PCR检测色素代谢途径中11个基因在9个组织及10个时期的表达情况。发现在961B和961C两个材料中8个基因组织表达情况相似,而BmYellow-f、BmKynu和BmGTPCHI三个基因在两个家蚕材料中组织表达情况有较大的区别。961B和961C在不同时期基因表达模式类似,但在四眠之后961C的表达量比961B对应的时期要高很多。同时在961C材料中,在四眠之后BmTH, BmDDC、BmDat的表达量显著增加。生物表皮的着色是由多基因构成的网络结构共同决定的,通过在细胞、生理生化以及分子水平上的研究,我们发现家蚕表皮中尿酸颗粒的含量不同；Bm Yellow-f、BmKynu和BmGTPCHI在组织表达上的差别；BmTH.BmDDC和BmDat的表达量明显增加,推测黑色素合成途径上游基因BmTH可能受到顺式调节元件的调控,使得两个家蚕材料在体表着色上产生巨大差异。这为进一步研究家蚕着色的具体的分子机制奠定了基础。