西方蜜蜂AKHR基因的生物信息学及表达模式分析

本研究对西方蜜蜂Apis mellifera脂动激素受体(Adipokinetic hormone receptor,AKHR)基因AmAKHR CDS区进行RT-PCR扩增和生物信息学分析,并测定了AmAKHR在工蜂不同组织和不同发育阶段的表达模式,旨在为进一步的功能研究提供参考和基础。通过PCR扩增AmAKHR的CDS,使用相关软件预测AmAKHR蛋白的理化性质、分子特征及蛋白互作网络。采用RT-qPCR技术检测AmAKHR在工蜂不同组织和不同发育阶段的相对表达量。结果表明,AmAKHR基因CDS长度为1050 bp,编码349个氨基酸;AmAKHR的相对分子量约为40.63 kDa,分子式为C1873H2939N471O484S26,含39个磷酸化位点,7个α-跨膜螺旋结构及8个保守基序,不含信号肽,主要分布于质膜;AmAKHR与小蜜蜂Apis florea的AKHR在进化树上聚为一支;AmAKHR的二级结构包含127个无规则卷曲,124个α-螺旋,87条延伸链和11个β-转角;AmAKHR与卵黄原蛋白和神经肽Corazonin等10个蛋白构成1个互作网络;AmAKHR在西方蜜蜂工蜂的毒腺、中肠、咽下腺、脂肪体、脑和触角等6个组织中差异表达,在脂肪体中的表达量最高,而在中肠中的表达量最低;AmAKHR在西方蜜蜂工蜂1日龄幼虫、3日龄幼虫、5日龄幼虫、2日龄预蛹、1日龄蛹中均有表达,且表达量随着日龄的增长而持续上调。研究结果揭示AmAKHR为疏水性蛋白和膜蛋白,并与卵黄原蛋白和神经肽等10个蛋白潜在互作,AmAKHR可能在西方蜜蜂工蜂的能量代谢、脂类分解和变态发育中发挥作用。

东方蜜蜂微孢子虫腺苷酸激酶的生物信息学与基因表达特征

本研究旨在解析东方蜜蜂微孢子虫Nosema ceranae的腺苷酸激酶(Adenylat kinase,ADK)NcADK的理化性质和分子特性,并检测NcADK基因在东方蜜蜂微孢子虫侵染意大利蜜蜂Apis mellifera ligustica工蜂过程中的表达特征,以期丰富NcADK相关信息,并为进一步的功能研究提供依据。利用相关生物信息学软件预测和分析NcADK的理化性质、信号肽、磷酸化位点、二级结构和三级结构。使用MEME软件和Batch CD-Search工具分别预测东方蜜蜂微孢子虫和其它7种微孢子ADK蛋白的保守基序和保守结构域。通过Mega 11.0软件基于ADK氨基酸序列构建进化树。采用RT-qPCR检测东方蜜蜂微孢子虫侵染过程中NcADK的相对表达量。结果表明,NcADK的CDS含有540个核苷酸,可编码179个氨基酸;NcADK的分子量约为20.66 kDa,分子式为C903H1488N258O278S8,脂肪系数为100.61,平均亲水系数为-0.502,等电点为6.83,含29个负电荷氨基酸和29个正电荷氨基酸;NcADK可同时定位于细胞质、线粒体、细胞核、囊泡和过氧化物酶体;NcADK含20个磷酸化位点,不含典型的信号肽;NcADK含88个α-螺旋,24条延长链,17个β-转角,50个无规则卷曲,与模板A0A0F9WEU7.1.A之间的序列同源性为100%;在东方蜜蜂微孢子虫、东方赤孢子虫Hamiltosporidium tvaerminnensis、肠脑炎微孢子虫Encephalitozoon intestinalis、按蚊微孢子虫Anncaliia algerae和角膜条孢虫Vittaforma corneae ADK中均鉴定到1个相同的结构域和5个相同的保守基序;东方蜜蜂微孢子虫与蜜蜂微孢子虫Nosema apis的ADK在进化树上聚为一支。相较于接种后1 d(1 day post inoculation,1 dpi),NcADK的表达量在2 dpi上调但无显著差异(P>0.05),在3 dpi和4 dpi均显著上调(P>0.05)。研究结果明确了NcADK的理化性质和分子特性,并揭示NcADK是潜在的亲水性蛋白和胞内蛋白,不同微孢子虫的ADK具有较强的保守性,东方蜜蜂微孢子虫及其姐妹种蜜蜂微孢子虫的ADK具有高同源性,NcADK在3 dpi和4 dpi被激活表达。

中华蜜蜂工蜂幼虫肠道全长转录组构建与注释

【目的】通过纳米孔(nanopore)测序技术组装和注释中华蜜蜂Apis cerana cerana工蜂幼虫肠道高质量全长转录组。【方法】采用Nanopore PromethION系统对蜜蜂球囊菌Ascosphaera apis接种的中华蜜蜂工蜂3日龄幼虫后的4, 5和6日龄幼虫肠道(分别为AcT4, AcT5和AcT6)进行转录组测序,鉴定全长转录本序列;将前期未接种蜜蜂球囊菌中华蜜蜂工蜂4, 5和6日龄幼虫肠道转录组纳米孔测序数据中鉴定到的全长转录本与上述鉴定到的全长转录本混合后滤除冗余全长转录本;将鉴定到的非冗余全长转录本比对Nr, KOG, eggNOG和GO数据库进行注释。采用CPC, CNCI, CPAT和Pfam 4种方法预测长链非编码RNA (long non-coding RNA, lncRNA)。【结果】AcT4, AcT5和AcT6分别测得14 474 634, 10 461 827和11 890 978条原始读段(raw reads),分别包含11 898 582, 8 630 186和9 091 035条全长转录本,去冗余后分别鉴定到27 815, 21 781和20 004条非冗余全长转录本,N50长度分别为1 900, 1 961和2 294 bp,平均长度分别为1 534, 1 584和1 792 bp,最长读段长度分别为10 855, 10 837和10 887 bp。鉴定到40 562条去非冗余全长转录本,分别有35 415, 24 646, 34 054和23 053条转录本可分别注释到Nr, KOG, eggNOG和GO数据库。在Nr数据库中注释全长转录本数目和占比最高的物种是东方蜜蜂A.cerana(20 310条,57.35%),其次为西方蜜蜂A.mellifera(4 686条转录本,占13.23%)、大蜜蜂A.dorsata(2 536条转录本,占7.16%)和小蜜蜂A.florea(2 079条转录本,占5.87%)。非冗余全长转录本可注释到eggNOG数据库中的未知功能及翻译后修饰、蛋白质更新和分子伴侣等25个功能分类、KOG数据库中的仅一般功能预测和信号转导机制等25个功能分类、GO数据库中生物学进程、细胞组分和分子功能三大类中的50个功能条目以及KEGG数据库中核糖体和RNA转运等196条通路。共鉴定到2 301条高可信度lncRNA,涉及正义链lncRNA、反义链lncRNA、内含子lncRNA和基因间区lncRNA 4种类型。【结论】成功构建和注释了中华蜜蜂工蜂幼虫肠道的首个全长转录组,为中华蜜蜂和东方蜜蜂A.cerana其他亚种的分子生物学及组学研究提供了高质量参考背景和关键基础。

意大利蜜蜂工蜂幼虫肠道发育过程中lncRNA的表达谱和调控作用

【目的】解析意大利蜜蜂Apis mellifera ligustica工蜂幼虫肠道发育过程中的长链非编码RNA(long non-coding RNA,lncRNA)差异表达谱,并揭示差异表达lncRNA(differentially expressed lncRNA,DElncRNA)在幼虫肠道发育中的调控作用。【方法】基于前期获得的意大利蜜蜂工蜂4,5和6日龄幼虫肠道转录组数据(分别为Am4,Am5和Am6),利用相关软件筛选Am4 vs Am5比较组和Am5 vs Am6比较组中的DElncRNA,分析DElncRNA和两个比较组中共同上调和下调lncRNA的顺式调控作用及竞争性内源RNA(competing endogenous RNA,ceRNA)的调控作用。通过RT-qPCR验证转录组数据的可靠性。【结果】在Am4 vs Am5比较组中筛选出214条上调和251条下调lncRNA,在Am5 vs Am6比较组中筛选出141条上调和332条下调lncRNA;两个比较组共有的上调和下调lncRNA分别为7和16条。Am4 vs Am5比较组中的DElncRNA潜在调控250个邻近基因,涉及细胞进程等28个GO条目及Wnt信号通路等58条KEGG通路;Am5 vs Am6比较组中的DElncRNA潜在调控295个邻近基因,涉及细胞部分等35个GO条目及FoxO信号通路等73条KEGG通路;上述两个比较组中共有的7个上调lncRNA潜在调控10个邻近基因,涉及1个GO条目及代谢通路、谷胱甘肽代谢和核质转运等7条KEGG通路。共有的16个下调lncRNA潜在调控27个邻近基因,涉及8个GO条目及精氨酸生物合成、谷胱甘肽代谢和代谢通路等13条KEGG通路。此外,Am4 vs Am5比较组中的49条DElncRNA可靶向16个差异表达miRNA(differentially expressed miRNA,DEmiRNA)进而靶向122条差异表达mRNA(differentially expressed mRNA,DEmRNA),可注释到代谢进程等24个GO条目和Wnt信号通路等21条KEGG通路。Am5 vs Am6比较组中的38条DElncRNA可靶向8条DEmiRNA进而靶向67条DEmRNA,可注释到催化活性等21个GO条目和FoxO信号通路等10条KEGG通路;上述两个比较组共有的1条下调lncRNA MSTRG.10589.2可靶向ame-miR-6052和miR-511-y,进而靶向29条DEmRNA。RT-qPCR结果显示随机选取的7条DElncRNA的相对表达量与测序数据一致,证实了所用转录组数据的可靠性。【结论】意大利蜜蜂工蜂幼虫肠道发育过程伴随着lncRNA的动态差异表达,DElncRNA可通过顺式作用和ceRNA网络潜在参与对幼虫肠道发育的调控,在幼虫肠道发育中潜在发挥重要的调控作用。

利用中华蜜蜂工蜂幼虫肠道转录组纳米孔长读段数据完善东方蜜蜂参考基因组序列和功能注释

【目的】将已获得的中华蜜蜂Apis cerana cerana转录组纳米孔长读段数据比对到东方蜜蜂A.cerana参考基因组,进行注释基因的结构优化,鉴定未注释的新基因和新转录本并进行功能注释以及预测其SSR位点、完整ORF和转录因子(transcription factor,TF)家族及成员的分析验证,完善现有的东方蜜蜂参考基因组序列和功能注释。【方法】基于已获得的高质量的接种蜜蜂球囊菌Ascosphaera apis的中华蜜蜂工蜂4,5和6日龄幼虫肠道转录组纳米孔测序数据,使用gffcompare软件将已鉴定到的全长转录本比对到东方蜜蜂参考基因组以优化已注释基因的结构;采用gffcompare软件鉴定参考基因组上未注释的新基因和新转录本,再通过比对Nr,KOG,eggNOG,GO和KEGG数据库进行功能注释;使用MISA,TransDecoder v3.0.0和animalTFDB 2.0软件分别预测SSR位点、完整ORF和TF家族及成员。【结果】共对东方蜜蜂参考基因组上已注释的4648个基因结构进行了优化,对1336个基因同时延长了5′UTR和3′UTR,分别延长了1688个基因的5′UTR和1624个基因的3′UTR;共鉴定到2148个新基因,其中分别有818,298,587,359和333个新基因可注释到Nr,KOG,eggNOG,GO和KEGG数据库;共鉴定到35432条新转录本,其中分别有30974,21222,29025,19852和9214条新转录本可注释到上述5个数据库;共发掘出22541个SSR位点,其中单、双、三和六碱基重复的SSR数量分别为12078,7140,2825和43个,混合SSR的数量为2964个,分布频率最高的类型是单碱基重复(153.37个/Mb);共预测到58个TF家族及1611个成员;共预测出28775个完整ORF,其中编码长度分布在100~200个氨基酸的ORF(38.99%)最多。【结论】研究结果优化了东方蜜蜂参考基因组上已注释基因的结构,并补充了参考基因组上未注释的新基因、新转录本、SSR、完整ORF及TF。

西方蜜蜂AmAGO1蛋白的分子特性、时空表达谱及抗体制备

【目的】Argonaute(AGO)家族是一类在进化上高度保守的蛋白家族,其在真核生物中主要参与形成RNA诱导沉默复合体(RNA-induced silencing complex,RISC),进而通过沉默基因表达参与诸多生物学过程。蜜蜂AGO蛋白的相关研究迄今仍然缺失。本研究拟通过预测西方蜜蜂Apis mellifera的AGO1(AmAGO1)理化性质和分子特性,解析AmAGO1在西方蜜蜂中的时空表达谱,并制备AmAGO1的多克隆抗体,为深入开展AmAGO1的功能与机制研究提供参考和基础。【方法】PCR扩增西方蜜蜂AmAGO1的编码序列(coding sequence,CDS);通过生物信息学预测AmAGO1蛋白的理化性质和分子特性;利用RT-qPCR检测AmAGO1在西方蜜蜂工蜂卵、3日龄幼虫、7日龄预蛹、8日龄预蛹、12日龄蛹以及1,2,6,12,15和18日龄成虫以及工蜂成虫触角、咽下腺、脑、表皮、中肠、脂肪体和毒腺中的表达量;构建原核表达质粒后诱导表达AmAGO1融合蛋白,并鉴定其表达形式;制备AmAGO1多克隆抗体,利用ELISA,Western blot和免疫沉淀(immunoprecipitation,IP)分别检测抗体效价、灵敏度和特异性。【结果】成功克隆到西方蜜蜂AmAGO1的CDS;AmAGO1含928个氨基酸,分子式为C4624H7332N1316O1325S51,分子量约为104.2 kD,等电点为9.31,平均亲水系数为-0.2965,含86个磷酸化位点及典型的PAZ结构域和PIWI结构域,但不存在典型的信号肽;AGO1在智人Homo sapiens、斑马鱼Danio rerio、黑腹果蝇Drosophila melanogaster、家蚕Bombyx mori、西方蜜蜂、东方蜜蜂A.cerana和欧洲熊蜂Bombus terrestris中具有较高的氨基酸序列一致性;西方蜜蜂和东方蜜蜂的AGO1聚为一支,同源性最高。AmAGO1在西方蜜蜂工蜂卵、幼虫、预蛹、蛹和成虫中均有表达但表达量存在差异,3日龄幼虫和7日龄预蛹中AmAGO1的表达量显著低于卵中的表达量,而8日龄预蛹和12日龄蛹中AmAGO1的表达量显著高于卵中的表达量;AmAGO1在1,2,6,12,15和18日龄工蜂体内均有表达但表达量也存在差异,其中1日龄成虫体内AmAGO1的表达量显著高于其他日龄成虫体内的表达量;AmAGO1在工蜂成虫触角、毒腺、脑、中肠、咽下腺、脂肪体和表皮中均有表达但表达量存在差异,触角中AmAGO1的表达量与咽下腺中的相差无几,但二者均显著高于毒腺、脑、中肠、脂肪体和表皮中AmAGO1的表达量;AmAGO1融合蛋白的表达形式为包涵体;制备的AmAGO1多克隆抗体具有较高的效价、灵敏度和特异性。【结论】AmAGO1可能是亲水性胞内蛋白,含有典型的PAZ结构域和PIWI结构域;AmAGO1在西方蜜蜂工蜂不同组织和不同发育阶段发挥潜在的重要功能;成功制备出高效价、高灵敏度和强特异性的AGO1多克隆抗体。

中华蜜蜂酚氧化酶和丝氨酸蛋白酶相关基因及其全长转录本发掘与分析

为深入开展中华蜜蜂相关研究提供参考信息和基础,利用已获得的纳米孔(Nanopore)测序数据对中华蜜蜂Apis cerana cerana的酚氧化酶(phenoloxidase,PO)和丝氨酸蛋白酶(serine protease,SP)相关基因和全长转录本进行发掘和分析。通过Blast工具将中华蜜蜂所有全长转录本比对KEGG和Nr数据库以筛选出PO和SP相关基因和全长转录本。采用gffcompare软件将PO和SP相关全长转录本与东方蜜蜂参考基因组(ACSNU-2.0)已注释基因进行比较以优化结构。使用Astalavista软件鉴定PO和SP相关基因的可变剪接(alternative splicing,AS)事件,再利用IGV浏览器进行结构可视化。通过PCR验证AS事件的真实性。利用TAPIS pipeline预测和分析可变多聚腺苷酸化(alternative polyadenylation,APA)位点,并通过TBtool软件鉴定APA位点上游的基序(motif)。鉴定到中华蜜蜂PO和SP相关的42个基因与146条转录本。优化了16个参考基因组已注释PO和SP相关基因的结构,其中5′端延长和3′端延长的基因均有7个,5′端和3′端同时延长的基因有2个。鉴定到PO和SP相关的10个基因的389次AS事件,其中最丰富的AS类型是5′端可变剪接。PCR结果证实了2次AS事件的真实性。共鉴定到34个PO和SP相关基因含有1个及以上的APA位点,其中含有3个APA位点的基因数量最多;在APA位点上游鉴定到多个motif,一致性序列为:GGHKSYWSHHTRATWTCNBHDMRRYWYRTNYTVACNGCKGCDCAYTGYR。鉴定到中华蜜蜂PO和SP相关的42个基因和146条全长转录本,优化了东方蜜蜂参考基因组已注释的PO和SP相关基因结构,并发掘出PO和SP相关基因的389次AS事件和237个APA位点。

东方蜜蜂微孢子虫侵染过程中nce-miR-15338及候选靶基因的表达谱

【目的】本研究旨在为探究nce-miR-15338调控东方蜜蜂微孢子虫(Nosema ceranae)侵染意大利蜜蜂(Apis mellifera ligustica)工蜂的功能及作用机制提供参考和依据。【方法】采用Stem-loop RT-PCR和Sanger测序验证nce-miR-15338的存在和表达。利用相关软件预测nce-miR-15338的靶基因并进行数据库注释。通过RT-qPCR检测nce-miR-15338及其候选靶基因在东方蜜蜂微孢子虫侵染过程中的表达谱。【结果】nce-miR-15338在东方蜜蜂微孢子虫孢子中真实存在和表达;nce-miR-15338共靶向LCFAL 2和20s PS等16个基因;分别有16、7、8、3个靶基因可注释到Nr、Swiss-Prot、GO和KEGG数据库;相较于接种后1 d,nce-miR-15338的表达量在2 d极显著上调,在4、6、8 d均极显著下调;LCFAL 2的表达量在接种2、4、6、8 d后皆为极显著下调;20s PS在接种2、4、6、8 d的表达水平均为极显著下调。【结论】研究结果证实了nce-miR-15338的真实存在和表达,并明确了东方蜜蜂微孢子虫侵染意大利蜜蜂工蜂过程中nce-miR-15338及其候选靶基因LCFAL 2和20s PS的表达规律。

中华蜜蜂泛素基因及其全长转录本的发掘及分析

旨在利用三代Nanopore测序技术发掘中华蜜蜂(Apis cerana cerana)泛素(ubiquitin)基因及其全长转录本。基于前期获得的中华蜜蜂工蜂4~6日龄幼虫肠道的全长转录组数据,使用BLAST工具将全长转录本的序列比对到KEGG和Nr数据库以鉴定泛素基因及其全长转录本。采用Astalavista软件分析泛素基因的可变剪接(alternative splicing,AS)事件,并通过RT-PCR加以验证。通过TAPIS pipeline软件分析泛素基因的可变多聚腺苷酸化(alternativepolyadenylation,APA)位点。共鉴定到48个中华蜜蜂泛素基因和435条泛素基因相关全长转录本。共发掘到48个泛素基因的74次AS事件,包括31次内含子保留事件,19次可变3′端剪接事件,16次可变5′端剪接事件及8次外显子互斥事件。RT-PCR结果证实了3种AS事件类型的真实性。共预测到38个泛素基因含有1个及以上的APA位点,并且在APA位点的上游鉴定到多个motif,一致性序列为:KCWYTDYTMWSYG MWSCARAWCCAG AATGAYCCWYWGGHWVMWGWDRTRGC。研究结果丰富了中华蜜蜂泛素基因及其全长转录本信息,为持续深入开展相关功能研究提供参考和依据。

东方蜜蜂微孢子虫RRDRP的分子特性及系统进化分析

【目的】通过对东方蜜蜂微孢子虫和其他物种的Rad18-like重组与DNA修复蛋白(Rad18-like recombination and DNA repair protein,RRDRP)进行系统进化分析,为进一步研究其功能提供理论依据。【方法】利用Protparam、ProtScale和SWISS-model等软件分析RRDRP的理化性质、亲水性和三级结构。利用SignalP 4.1 Server、NetPhos 3.1 Server、TMHMM和SOPMA等软件预测RRDRP的信号肽、磷酸化位点、跨膜结构域及二级结构。使用PSORTⅡ软件预测RRDRP蛋白的亚细胞定位。使用MEME软件预测东方蜜蜂微孢子虫和其他物种RRDRP的保守基序。通过Mega 11.0软件对东方蜜蜂微孢子虫和其他物种的RRDRP进行氨基酸序列多重比对,并采用邻接法构建系统进化树。【结果】东方蜜蜂微孢子虫RRDRP基因含有2928个核苷酸,可编码975个氨基酸,分子质量约11.50 ku,脂溶系数93.58,等电点6.63,分子式C_(5135)H_(8253)N_(1377)O_(1545)S_(34),平均亲水系数为-0.627,可同时定位于细胞核、细胞质、过氧化物酶体和细胞骨架;RRDRP包含55个磷酸化位点、678个α-螺旋、99条延长链、22个β-转角及176个无规则卷曲;RRDRP不含信号肽与跨膜结构域。东方蜜蜂微孢子虫、兔脑炎微孢子虫、颗粒病微粒子虫等11个物种的RRDRP中均含有5个相同的保守基序(Motif 1、Motif 2、Motif 3、Motif 4和Motif 5)。东方蜜蜂微孢子虫与颗粒病微粒子虫在进化树上聚为一支,同源性较高。【结论】东方蜜蜂微孢子虫RRDRP是潜在的亲水性蛋白和胞内蛋白,在东方蜜蜂微孢子虫以及其他微孢子虫和真菌中高度保守。【目的】通过对东方蜜蜂微孢子虫和其他物种的Rad18-like重组与DNA修复蛋白(Rad18-like recombination and DNA repair protein, RRDRP)进行系统进化分析,为进一步研究其功能提供理论依据。【方法】利用Protparam、ProtScale和SWISS-model等软件分析RRDRP的理化性质、亲水性和三级结构。利用SignalP 4.1 Server、NetPhos 3.1 Server、TMHMM和SOPMA等软件预测RRDRP的信号肽、磷酸化位点、跨膜结构域及二级结构。使用PSORT Ⅱ软件预测RRDRP蛋白的亚细胞定位。使用MEME软件预测东方蜜蜂微孢子虫和其他物种RRDRP的保守基序。通过Mega 11.0软件对东方蜜蜂微孢子虫和其他物种的RRDRP进行氨基酸序列多重比对,并采用邻接法构建系统进化树。【结果】东方蜜蜂微孢子虫RRDRP基因含有2 928个核苷酸,可编码975个氨基酸,分子质量约11.50 ku,脂溶系数93.58,等电点6.63,分子式C5135H8253N1377O1545S34,平均亲水系数为-0.627,可同时定位于细胞核、细胞质、过氧化物酶体和细胞骨架;RRDRP包含55个磷酸化位点、678个α-螺旋、99条延长链、22个β-转角及176个无规则卷曲;RRDRP不含信号肽与跨膜结构域。东方蜜蜂微孢子虫、兔脑炎微孢子虫、颗粒病微粒子虫等11个物种的RRDRP中均含有5个相同的保守基序(Motif 1、Motif 2、Motif 3、Motif 4和Motif 5)。东方蜜蜂微孢子虫与颗粒病微粒子虫在进化树上聚为一支,同源性较高。【结论】东方蜜蜂微孢子虫RRDRP是潜在的亲水性蛋白和胞内蛋白,在东方蜜蜂微孢子虫以及其他微孢子虫和真菌中高度保守。

中华蜜蜂工蜂幼虫肠道细胞自噬与凋亡相关基因及其剪接本鉴定

【目的】通过鉴定和解析中华蜜蜂(Apis cerana cerana)工蜂幼虫肠道细胞自噬与凋亡相关基因及其剪接本,为进一步的功能研究提供依据。【方法】使用Blast工具将中华蜜蜂剪接本与Nr数据库进行比对,以鉴定自噬与凋亡相关基因及其剪接本。采用Astalavista软件挖掘相关基因的可变剪接(alternative splicing,AS)事件。通过RT-PCR验证AS事件的真实性。利用TAPIS pipeline软件预测相关基因的可变多聚腺苷酸化(alternative polyadenylation,APA)位点。使用TBtools软件预测APA位点上游的基序(motif)。【结果】鉴定出中华蜜蜂工蜂幼虫肠道中与自噬相关的49个基因及其170种剪接本,以及与凋亡相关的76个基因及其347种剪接本。鉴定出细胞自噬相关的8个基因的88次AS事件及凋亡相关的15个基因的339次AS事件。PCR扩增结果符合预期,证实了随机选择的3种类型AS事件(3'端可变剪接、外显子跳跃、内含子保留)的真实性。预测结果表明,自噬相关的36个基因含有1个或多个APA位点,但在这些APA位点的上游未鉴定到任何motif;而凋亡相关的55个基因含有1个或多个APA位点,并在其上游识别出多个motif,具有一致性序列:NNNDNDNNDNDNDNNDNDNDNNDNDNNNNDDHNNN,NNNNNVNNDNNNNNDHNNHNNNNVNNNH。【结论】中华蜜蜂工蜂幼虫肠道细胞自噬与凋亡相关基因可通过AS和APA形成数量丰富的剪接本,自噬和凋亡相关基因中最丰富的AS类型分别是3'端可变剪接和外显子跳跃,含1个APA位点的基因数目最多。

东方蜜蜂微孢子虫nce-miR-11248及其靶基因SGT1的生物信息学和表达谱研究

【目的】对前期鉴定所获得的东方蜜蜂微孢子虫的nce-miR-11248进行表达和序列验证,预测、分析其靶基因,并检测nce-miR-11248及其靶基因在东方蜜蜂微孢子虫侵染意大利蜜蜂工蜂过程中的表达谱,为进一步开展nce-miR-11248调控东方蜜蜂微孢子虫侵染的功能及作用机制研究提供参考。【方法】利用Stem-loop RT-PCR和Sanger测序验证nce-miR-11248的真实性;利用相关生物信息学软件预测nce-miR-11248的靶基因,并分析其编码蛋白的分子特性;使用MEME和TBtools软件预测SGT1蛋白的保守基序和结构域,通过Mega 11.0软件进行氨基酸序列多重比对,采用邻接法构建系统进化树。采集东方蜜蜂微孢子虫孢子侵染1,2,4,6和8 d的意蜂工蜂中肠组织,采用RT-qPCR检测nce-miR-11248及其靶基因SGT1的表达谱。【结果】nce-miR-11248在东方蜜蜂微孢子虫孢子中真实存在,其序列长度为25 bp。nce-miR-11248的靶基因为SGT1。SGT1蛋白分子式为C_(765)H_(1213)N_(195)O_(241)S_(4),分子质量约为17.10 ku,脂溶系数为82.67,等电点为5.50,亲水系数为-0.709,不含典型的信号肽和跨膜结构域,可同时定位于细胞核、线粒体和过氧化物酶体。东方蜜蜂微孢子虫、家蚕微孢子虫、泛胞虫、肠脑炎微孢子虫和蚱蜢脑炎微孢子虫的SGT1中均含有4个保守基序(Motif 1、Motif 2、Motif 3和Motif 4)和1个结构域(SGT1超家族结构域)。东方蜜蜂微孢子虫、家蚕微孢子虫、肠脑炎微孢子虫和蚱蜢脑炎微孢子虫的SGT1聚为一支,且东方蜜蜂微孢子虫与家蚕微孢子虫的SGT1进化距离最近。相较于侵染东方蜜蜂微孢子虫后1 d,侵染后2,4,6和8 d nce-miR-11248的表达量均显著下调(P<0.05);侵染后2,4,6和8 d SGT1的表达量均下调,其中侵染后4,6和8 d的表达量与2 d的差异达显著水平(P<0.05)。【结论】nce-miR-11248在东方蜜蜂微孢子虫孢子中真实存在;东方蜜蜂微孢子虫与家蚕微孢子虫的SGT1亲缘关系最近;随着侵染时间的延长,nce-miR-11248及其靶基因SGT1在东方蜜蜂微孢子虫侵染意大利蜜蜂工蜂过程中的表达量均呈持续下降;nce-miR-11248和SGT1是潜在的参与调控微孢子虫侵染过程的因子。

中华蜜蜂细胞吞噬与包囊作用相关基因全长转录本鉴定及分析

【目的】系统鉴定和分析中华蜜蜂(Apis cerana cerana)吞噬与包囊作用相关基因和全长转录本,为深入开展相关基因和剪接体的功能研究奠定基础。【方法】基于前期已获得的高质量中华蜜蜂纳米孔长读段测序数据,通过Blast工具将全长转录本比对Nr数据库筛选出吞噬与包囊作用相关基因和全长转录本。利用gffcompare软件将全长转录本与东方蜜蜂(Apis cerana)参考基因组上注释的转录本进行比较,鉴定未注释的新基因和新转录本。利用TAPIS pipeline预测和分析吞噬与包囊作用相关基因的可变多聚腺苷酸化(alternative polyadenylation, APA)位点,并通过TBtools软件鉴定APA位点上游的基序(motif)。使用Astalavista软件鉴定可变剪接(alternative splicing, AS)事件,并通过IGV浏览器进行结构可视化。通过RT-PCR验证AS事件的真实性。【结果】共鉴定到中华蜜蜂吞噬与包囊作用相关的基因66个和全长转录本395条,发掘出东方蜜蜂参考基因组未注释的2个新基因和303条新转录本。对参考基因组已注释的34个基因进行了结构优化,分别延伸了18个基因的5′端和12个基因的3′端,同时延长了4个基因的5′端和3′端。共鉴定到含有1个及以上APA位点的吞噬与包囊作用相关基因47个,其中多于5个APA位点的基因最多,为32个。在APA位点上游鉴定到多个基序,一致性序列为:GRBGCNKSDAACAAYTRBGCBMRNGGBYAYTAYWCNVWNGG。共鉴定到吞噬与包囊作用相关基因的AS事件296次,其中包括131次可变3′端剪接(alternative 3′splice site, A3SS)、85次内含子保留(intron retention, IR)、70次可变5′端剪接(alternative 5′splice site, A5SS)和10次外显子跳跃(exon skipping, ES)。RT-PCR结果显示,扩增的目的片段大小符合预期,证实了随机选择的2次AS事件的真实性。【结论】系统鉴定了中华蜜蜂吞噬与包囊作用相关基因和全长转录本以及AS事件和APA位点,优化了东方蜜蜂参考基因组注释的吞噬与包囊作用相关基因的结构。

胁迫意大利蜜蜂幼虫肠道的球囊菌的转录组分析

【目的】本研究旨在通过趋势分析对胁迫意大利蜜蜂Apis mellifera ligustica(简称意蜂)幼虫肠道的球囊菌Ascosphaera apis的差异表达基因(DEGs)进行转录组分析。【方法】将纯化的球囊菌孢子配制为1×107孢子/m L的饲料饲喂意蜂3日龄幼虫,利用Illumina Hi Seq 2500平台对球囊菌胁迫的意蜂幼虫肠道c DNA进行测序,将过滤得到的有效读段(clean reads)映射(mapping)到核糖体数据库及意蜂参考基因组,最后将未映射上的reads映射到本课题组组装并注释的球囊菌参考转录组。利用STEM软件对DEGs进行趋势分析。利用WEGO软件对显著表达模式中的DEGs进行GO富集分析。利用Blastall对显著表达模式中的DEGs进行KEGG代谢通路富集分析。最后,通过对随机选取的6个DEGs进行RT-q PCR分析,对RNA-seq数据进行验证。【结果】球囊菌胁迫意蜂幼虫肠道样品的Illumina测序共得到球囊菌的25 454 076条原始读段(raw reads),经过滤得到24 909 820条clean reads,Q30均在93.46%以上。趋势分析结果显示,19 893个DEGs聚类为8个表达模式,其中有12 151个DEGs聚类为3个表现为显著上调趋势的表达模式。GO富集分析结果显示,表现上调趋势的DEGs富集在40个GO term,富集基因数最多的为细胞进程(cellular process)(2 601 unigenes),其次为代谢进程(metabolic process)(2 553 unigenes)和细胞(cell)(2 522unigenes)。KEGG代谢通路富集分析结果显示,上调趋势中的DEGs富集在119个代谢通路上,其中富集基因数最多的是核糖体(ribosome)(213 unigenes),其次为氨基酸生物合成(biosynthesis of amino acids)(154 unigenes)和内质网蛋白加工(protein processing in endoplasmic reticulum)(130unigenes)。共有48个DEGs富集在MAPK信号通路上,聚类分析结果显示,这些DEGs随着胁迫时间的延长表达水平逐渐增强。RT-q PCR结果显示,6个DEGs的表达水平变化趋势与RNA-seq数据一致,证明了本研究中的转录组数据真实可靠。【结论】本研究为在分子水平揭示球囊菌的致病机理提供了重要信息,也为阐释球囊菌胁迫意蜂幼虫过程中的病原-宿主互作机制奠定了基础。

中华蜜蜂幼虫肠道响应球囊菌早期胁迫的转录组学

【目的】白垩病是困扰养蜂生产的顽疾。目前,尚无利用二代测序技术研究中华蜜蜂(Apis cerana cerana,简称中蜂)幼虫白垩病的报道。本研究利用RNA-seq技术对健康(Ac CK)及球囊菌(Ascosphaera apis)胁迫的中蜂4日龄幼虫肠道(Ac T)进行深度测序,在转录组水平研究中蜂幼虫在球囊菌胁迫早期的胁迫应答。【方法】通过Illumina Hi Seq 2500平台对Ac CK和Ac T进行双端(PE125)测序,首先对测序数据进行质控和评估,利用edge R软件进行差异表达基因(DEG)分析,进而对DEGs进行GO富集分析及KEGG代谢通路富集分析,最后,利用实时荧光定量PCR(q RT-PCR)验证测序数据的可靠性。【结果】Ac CK和Ac T的转录组测序共得到188 457 338条原始读段(raw reads),经过滤得到182 088 448条有效读段(clean reads),两端Q20与Q30均在97.96%和94.97%以上,说明测序数据质量良好;主成分分析(PCA)结果显示第一与第二主成分可分别解释基因表达总体差异的75.8%和10.7%;DEG分析结果显示上调基因与下调基因的数量分别为344和239个;GO富集分析结果显示DEGs共富集在36个GO分类(term)上,其中基因富集数最多的细胞(106 unigenes)、细胞组件(106 unigenes)和代谢进程(104 unigenes);KEGG代谢通路富集分析结果显示上调与下调基因分别富集在72个和45个代谢通路上,其中上调基因富集数最多的是核糖体(72 unigenes)、碳代谢(16 unigenes)和糖酵解(14 unigenes),而下调基因富集数最多的是碳代谢(9 unigenes)、二羧酸代谢(8 unigenes)和氨基酸生物合成(7 unigenes),进一步分析表明中蜂幼虫肠道的部分细胞免疫对球囊菌的胁迫产生应答,而体液免疫不产生应答,宿主的代谢相关基因受到球囊菌的显著抑制。【结论】揭示了中蜂幼虫在球囊菌入侵早期的胁迫应答,为深入解析中蜂幼虫的胁迫应答机制提供了重要信息,也为在分子水平研究关键应答基因打下了基础。

蜜蜂(Apis mellifera)腺苷酸转移载体基因cDNA的电子克隆

以果蝇腺苷酸转移载体基因cDNA序列为信息探针,对蜜蜂EST数据库进行同源检索筛选,克隆了蜜蜂腺苷酸转移载体基因(Am ant)的cDNA序列(GenBank登记号为AY332626),该基因全长1 251bp。经RT-PCR克隆、序列分析验证,结果表明与电子克隆序列完全一致;该基因具有完整的开放阅读框架(ORF),编码蛋白为300个氨基酸,通过对人、果蝇、家蚕及烟草天蛾的腺苷酸转移载体蛋白序列比较,发现该基因具有高度的保守性;说明根据物种间同源基因序列,进行跨物种EST数据库的同源检索筛选、拼接,是基因克隆的一条有效途径。

利用EST库资源克隆家蚕腺苷酸转移酶基因

根据物种间同源基因相对保守的特点 ,利用生物信息学方法以果蝇 (Drosophilamelanogaster)腺苷酸转移酶基因 (adeninenucleotidetranslocase,ant)cDNA序列作为模板 ,对家蚕 (Bombyxmori)EST数据库进行同源检索筛选 ,克隆了家蚕腺苷酸转移酶基因的cDNA序列 (GenBank登录号为AY2 2 70 0 0 ) ,全长为 1936bp ,并经RT PCR克隆、序列分析验证 ,结果与电子克隆序列完全一致。该cDNA序列具有完整的开放阅读框架 (ORF ,2 0 7～ 110 9bp) ,推测编码蛋白为 30 0个氨基酸 ,通过与烟草天蛾 (Manducasexta)、蜜蜂 (Apismellifera)、绿蝇 (Luciliacuprina)、果蝇、蚊子(Anophelesgambiae)等昆虫的腺苷酸转移酶蛋白序列比较 ,发现该基因具有高度的保守性。表明根据物种间同源基因序列 ,对跨物种间EST数据库进行同源检索筛选、拼接 ,是基因克隆的一条有效途径。

胶原支架增强自固化磷酸钙骨水泥的力学及成骨性能研究

[目的]研究胶原支架(CS)对磷酸钙骨水泥(CPC)的力学及其在体内成骨的影响。[方法]试验分CPC/CS及CPC两组,三点弯曲试验测试材料的强度和弹性模量;组织学观察材料植入兔股骨22及54周的成骨状况。[结果]CPC/CS比CPC的弯曲强度、韧性强度分别提高了64.2%、3 933.3%,弹性模量降低了45.7%;组织学显示22周CPC/CS内的胶原支架已完全被新骨替代,CPC只在边缘有少量成骨及材料降解而内部无成骨;54周CPC/CS已大部分降解孔化,孔内充满大量新骨及髓样组织,而CPC边缘区的成骨及材料降解虽比22周时明显,但其内部仍未见成骨。[结论]胶原支架既可改善CPC的力学性能,又能促进新骨长入CPC/CS复合材料内部,因此,CPC/胶原支架是较好的骨缺损修复材料。

钙及高压氧对卵巢切除大鼠骨丢失影响的实验研究

目的 评价纳米碳酸钙及高压氧对雌激素缺乏引起的骨丢失的预防作用。方法 采用 3月龄Wistar雌性大鼠切除双侧卵巢并用低钙饲料喂养作动物模型 ,术后分别给予钙剂及高压氧 ,连续 14周。结果 与假手术组 (Sham)相比去势组 (OVX)骨密度、股骨生物力学性质、生化、骨形态计量指标均有显著差异 ;钙剂组 (OVX +Ca)及高压氧组 (OVX +HBO)与OVX组比较 ,股骨干及股骨近段骨密度、股骨最大载荷、弹性桡度、最大应力、弹性模量显著升高 ,血清TRAP、ALP显著下降 ,高压氧组股骨弹性载荷、弹性应力、弹性应变的升高及血清TRAP、ALP的下降均较钙剂组明显。结论 纳米碳酸钙及高压氧能在一定程度上抑制去势低钙饲料喂养的Wistar大鼠骨密度及骨生物力学性能下降。

棉铃虫(Helicoverpa armigera)幼虫性特征和精子的发生

以棉铃虫精巢为材料,气干法制片,Giemsa染色,研究了棉铃虫精巢的形态变化和精子发生的动态过程。结果表明:棉铃虫的精巢自预蛹期开始会发生融合现象;雄性棉铃虫染色体数目为n=31。还发现雌性幼虫的腹部有4个腺体,可以作为幼虫的性别特征。