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家蚕不仅是重要的经济昆虫,也是重要的模式生物,故而被认为是研究发生、分化、生长发育及其调节、遗传、变异的生物之一。家蚕精巢是产生精子的生理器官,精子细胞的形成需要经过增殖、生长、成熟、变形4个时期,精子成熟之后与附腺的分泌物形成精液,附腺分泌物能够活化精子,给精子提供能量。
生物体形成成熟精子过程中,受很多外界因素影响,如温度、饥饿、pH、高渗透压等:对于不同的遗传品系它们生殖情况也不相同,具体机理还很清楚。鉴于此,本研究首先是通过比较蛋白质组学的方法对受精率不同的家蚕品系以及高温和饥饿条件处理下家蚕精巢进行双向电泳,寻找差异蛋白点,并进行定性分析:同样用蛋白质组学方法对家蚕雄性附腺进行了蛋白质组学分析,最终筛选到后续研究基因,进行深入研究,目前获得的主要研究结果如下:
1.家蚕不同处理条件下的精巢蛋白质组学分析
通过对家蚕大造与16-500(受精率低)两种品系及在高温和饥饿条件处理家蚕大造精巢的蛋白质组学分析发现,在受精率不同的两种品系以及饥饿和高温条件处理情况下,发现在蛋白水平上一些蛋白质有所变化。经过质谱鉴定这些差异蛋白点分别为谷胱甘肽S-转移酶σ,基因编号为BGIBMGA009107;小热激蛋白20.2,基因编号为BGIBMGA005784:小热激蛋白19.9,基因编号为BGIBMGA004540。
2.家蚕化蛾第1天雄性附腺蛋白质组学分析
利用同样方法对家蚕雄性附腺及高温处理雄性附腺进行蛋白质组学分析。首先是家蚕雄性附腺的蛋白质组学分析,由于在取家蚕雄性附腺组织时,上面会粘附大量的脂肪体,故取脂肪体作为对照,最终发现有四个蛋白点在家蚕附腺组织中高量表达,并通过质谱成功鉴定出了这四个蛋白点。其基因编号分别为BGIBMGA009423,BGIBMGA000168、BGIBMGA001815、BGIBMGA014604。通过信息分析发现这四个蛋白结构域都是未知的,且没有相关功能的研究。我们进一步通过芯片数据分析和RT-PCR验证了这四个基因在组织以及时期上表达的特异性。另外对于高温处理家蚕雄性附腺的蛋白质组学分析,发现在受热刺激的情况下,蛋白水平有所变化,但对其变化的蛋白质未鉴定成功。
3.家蚕BmsHSP20.2基因的克隆及蛋白原核表达
通过对家蚕精巢及雄性附腺的蛋白质组学分析,对鉴定出的一些蛋白质进行筛选,我们最终确定BGIBMGA005784基因做为后续研究的基因,该基因编码一个分子量约为20.2kDa的小热激蛋白,依据分子量的大小对其命名为BmsHSP20.2。BmsFqSP20.2是一个较新的小热激蛋白,目前没有相关功能的报道。通过家蚕的芯片数据和RT-PCR表达谱分析发现该基因在家蚕精巢组织中特异表达,并且在蛹期高量表达,为了进一步研究其功能,我们对该基因进行克隆和蛋白原核表达,并制备多克隆抗体。
4.BmsHSP20.2组织定位
芯片数据和RT-PCR表达谱分析结果显示该基因在家蚕精巢组织中特异表达,为了进一步验证该基因在蛋白水平表达特征,我们进行Western-blot实验,结果表明该基因在家蚕精巢组织中特异表达,并且时期表达谱分析发现BmsHSP20.2在五龄第5天至蛾期是逐渐减少,该时期精子进入变形期逐渐形成成熟的精子。另外通过免疫荧光定位实验,将BmsHSP20.2定位于精子束内,推测BmsHSP20.2可能在家蚕精子细胞内表达。以上结果表明BmsHSP20.2可能与精子的形成存在必然联系。
5.BmsHSP20.2应激性和分子伴侣功能的验证
Western-blot实验表明家蚕在受到高温和饥饿条件刺激时,BmsHSP20.2表达量增加,说明BmsHSP20.2具有应激性。溶菌酶DTT诱导实验进一步验证了BmsHSP20.2具有分子伴侣功能。