家蚕杂种优势的蛋白组学与转录组学研究

发布时间：2020-09-02 11:43

　　杂种优势是存在于自然界中的一种普遍现象,广泛存在于动物、植物和微生物中。目前对杂种优势的研究仍以植物为主,并且关于杂种优势产生的理论机制尚不清楚。家蚕作为一种重要的经济昆虫和鳞翅目模式昆虫,是研究杂种优势的理想材料。本研究以箐松、皓月及其正反交F_1代家蚕为研究材料,采用性状调查、蛋白组和转录组相结合的方法,从蛋白水平和基因水平整体地研究杂交F_1代与其亲本间蛋白和基因差异表达的规律,并运用实时荧光定量PCR技术对显著差异表达的蛋白及基因进行验证。本研究的主要结果如下:(1)形态性状调查结果表明:从四龄起蚕开始,随着家蚕的快速生长,杂交F_1代家蚕体重的增长幅度更快,到五龄时已显著超出其亲本。杂交F_1代的全茧量、茧层量、蛹重、茧层率、死笼率、卵重和产卵量相较于双亲具有显著优势。其中,杂交F_1代在蚕重、茧重和产卵量等方面呈现出明显的超亲优势。(2)采用二维电泳(2-DE)和MALDI-TOF-TOF质谱相结合的技术分析了菁松、皓月及其正反交F_1代家蚕中肠和丝腺组织中蛋白的差异表达情况。丝腺差异蛋白的鉴定结果表明,杂交F_1代与其亲本间共鉴定到32个显著差异蛋白,包括三个与产丝功能紧密相关的蛋白:蚕丝蛋白轻链(fibroin L-chain)、丝胶茧蛋白轻链(Nd-sD mutant fibroin light chain)和fibrohexamerin-like(涉及丝胶合成)。GO分析结果表明,差异蛋白主要是参与催化作用、代谢、结合和细胞等过程;KEGG分析结果表明,差异蛋白主要涉及代谢过程、遗传信息处理过程、环境信息处理过程、细胞过程和有机体系过程等通路。在中肠中共鉴定到30个显著差异蛋白,包括细胞内脂质分子伴侣(fatty acid-binding protein 1-like isoform X1)、液泡ATP合酶(vacuolar ATP synthase subunit H)和丝氨酸蛋白抑制剂(serine protease inhibitor 2)。中肠GO分析结果与丝腺的结果相一致;KEGG分析结果表明,中肠差异蛋白主要参与代谢、遗传信息处理、环境信息处理、细胞过程和生物体系等途径。总体来看,中肠和丝腺中显著差异表达的蛋白主要参与催化和代谢过程。(3)菁松、皓月及其杂交种转录水平基因表达的差异:丝腺转录组分析结果表明,菁松和皓月之间共有519个差异表达基因,菁松和杂交种之间共有473个差异表达基因,皓月与杂交种之间共有481个差异表达基因。GO分析结果表明,显著差异表达的基因主要具有氧化还原、代谢、氧化还原酶、铁离子结合、血红素结合和金属离子结合等功能;KEGG分析结果表明,参与内质网蛋白加工、长寿调节途径、嘌呤代谢、氧化磷酸化、脂肪酸降解、甘氨酸,丝氨酸和苏氨酸代谢的基因表达差异显著。中肠转录组分析结果表明,菁松和皓月之间共有586个差异表达基因,菁松和杂交种之间共有464个差异表达基因,皓月与杂交种之间共有500个差异表达基因。GO分析结果表明,显著差异表达的基因主要具有跨膜运输、胞外区、膜的有机组成部分、催化活性和蛋白结合等功能;KEGG分析结果表明,显著差异表达的基因主要参与到内质网蛋白质的加工、细胞色素P450代谢、戊糖、葡萄糖醛酸转换和谷胱甘肽代谢等通路。从转录水平上看,亲本与其杂交种的基因表达差异显著,这些显著差异表达基因主要通过到糖代谢和氨基酸代谢过程表现出杂种优势效应。研究结果表明:杂交代在体重、全茧量、茧层量和蛹重等方面表现出很高的超显性优势,杂种优势明显。菁松、皓月及其杂交代的中肠和丝腺蛋白组和转录组分析结果也证实,杂交代中与代谢、催化和转运相关的蛋白或基因相较于亲本呈现显著地差异表达,这些差异表达蛋白或基因主要参与糖、脂肪和蛋白质代谢通路。本研究筛选出一些与中肠的代谢和消化相关的差异蛋白,如胞内脂质分子伴侣、液泡ATP合酶及与蚕丝合成相关的差异蛋白,如蚕丝蛋白轻链、丝胶茧蛋白轻链和fibrohexamerin-like,这些蛋白可能与家蚕产量杂种优势有关。
【学位单位】：江苏大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：S881
【部分图文】：

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图 1.1 家蚕世代模式图Figure 1.1 Pattern chart of the life cycle of silkworm2 家蚕在杂种优势上的应用杂种优势的研究最早始于玉米，随后生物学家和育种工作者在水稻、小麦和拟南上对杂种优势现象展开了广泛地研究[45-48]。随着家蚕重要的经济效益以及作为研普及，以家蚕为模板研究杂种优势的现象日益增多，以期从家蚕研究中获得杂种

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章选取家蚕菁松、皓月及其正反交 F1代杂交种为实验材料，在适温条件下喂。将四种家蚕分别取 90 头分三组，每组 30 头，从四龄起蚕时开始每隔 24h 称结茧后五天检测其全茧量、茧层量、茧层率和死笼率，蛾期测量蛾重、卵重据，同时计算其杂种优势率。阐述菁松、皓月杂交 F1代杂种优势的情况。蚕品系松和皓月是较为常见的家蚕品种，种植面很广，其杂交种由于综合经济性状优丝质优，解舒率居国内春用品种之首，从 1982 年后被指定为全国推广品种，在市区得到大面积的推广应用，取得了极大的经济效益。本实验选取菁松(JS)和其正反交 F1代(正交: 菁松 ×皓月 , JS×HY, D-F1; 反交: 皓月 ×菁松 , HY研究材料。配对方式如图 2.1 所示。其中菁松属于中系家蚕品种，皓月属于日。

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家蚕杂种优势的蛋白组学与转录组学研究腺重量显著优于其双亲。表 2.1 菁松、皓月和杂交 F1代的体重测量结果Table 2.1 Results of weight measurement of parental silkworms JS, HY and their F1hybridsSpeciesThe fourth instar silkworm body weight (g) The fifth instar silkworm body weight (g)0h 24h 48h 72h 0h 24h 48h 72h 96hJS 0.20 0.34 0.54 0.77 0.77 1.24 1.76 2.30 2.93HY 0.16 0.26 0.42 0.60 0.69 1.07 1.47 2.00 2.48JS×HY 0.17 0.32 0.50 0.50 0.82 1.10 1.76 2.54 3.32HY×JS 0.19 0.33 0.52 0.52 0.91 1.14 1.82 2.64 3.32

【参考文献】