家蚕丝腺梯度表达基因的鉴定与功能研究
发布时间：2021-07-09 16:10
丝纤维是自然界中最神秘、最吸引人的材料之一,被广泛应用于生物医学、软组织工程、生物传感器、纺织品、化妆品等领域。自然界中有超过23种目的昆虫和4万余种蜘蛛分泌丝纤维。通常,泌丝动物会营茧筑巢来保护自己,或者吐丝织网来捕获猎物。家蚕和棒络新妇蜘蛛是研究最多的两种泌丝动物。天然蜘蛛丝具有非凡的力学性能,比如高拉伸强度和韧性。然而蜘蛛极具侵略性,不群居,使得通过大规模繁殖蜘蛛来获得天然蜘蛛丝很难实现。为此,研究人员在开发重组蜘蛛丝蛋白方面做出了巨大努力,包括在细菌、酵母、植物和转基因动物等生物反应器中表达重组蜘蛛丝蛋白。但是,受蛋白产量、溶解性、稳定性、人工纺丝工艺等因素限制,体外获得的重组蜘蛛丝始终难以达到天然蜘蛛丝的品质。从嫘祖始蚕到现今,家蚕经过了5000多年的驯化历史,天然蚕丝也因其舒适和光泽深受广大人民的喜爱。家蚕是重要的经济昆虫,也是研究鳞翅目昆虫和节肢动物的模式生物。家蚕喜群居,可大规模饲养,而且家蚕的丝蛋白产量非常高,一只干重约2 g的蚕,其丝腺可产生多达500 mg的丝蛋白,约占其自身干重的25%。丝蛋白以可溶且高浓度（高达25%）的形式储存在丝腺腔中而不发生蛋白聚集和变性...
【文章来源】：西南大学重庆市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：118 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
家蚕丝腺与蜘蛛大壶腹腺形态对比
西南大学博士学位论文8对强度降低0.20，α-螺旋构象在1105cm-1处的相对强度增加0.10，而β-折叠相对强度增加0.23。表明在丝蛋白溶液从中部丝腺后区流经前区这一过程中，其蛋白分子构象由无规卷曲逐渐转变为α-螺旋，最终转变成β折叠构象，并伴随丝蛋白溶液的粘性变化[78]。pH的变化对蚕丝纤维的形成具有重要的意义。Domigan等人对五龄熟蚕丝腺的pH变化情况进行了测量，发现从后部丝腺到中部丝腺再到前部丝腺，丝腺腔内的pH发生明显的由碱性到中性再到酸性的梯度递减变化过程，即后部丝腺的pH为8.2~7.2，中部丝腺中部的pH为7.1，前部丝腺的pH为6.8~6.2；进一步研究发现碳酸酐酶参与家蚕丝腺腔内pH的梯度变化[79]（图1.2A）。Fib-H氨基酸的等电点约为4.2，家蚕前部丝腺的pH非常接近Fib-H的等电点。酸性环境下，纺丝原液的剪切敏感度提高，且Fib-H侧链基团发生质子化，使得酰胺基团的分子间氢键增多，引起丝蛋白溶液凝胶化[80]。同时，丝素重链N-末端的结构域（FibH-NT）作为pH响应的自组装模块，能够防止中性pH环境下β片的过早形成，随着pH沿后部丝腺腔到前部丝腺腔的降低，丝素重链N端会由无规卷曲向β折叠结构转变，加速丝蛋白的组装[81]。图1.2家蚕丝腺腔的pH梯度和离子梯度A：家蚕丝腺腔的pH梯度[82]。B：家蚕丝腺腔的pH梯度[12]。Fig1.2pHgradientandiongradientofsilkwormglandlumenA:pHgradientofsilkwormglandlumen.B:Iongradientofsilkwormglandlumen.与pH类似，丝腺腔内中的离子浓度也发生单调的变化。家蚕丝腺体内除了水和丝蛋白外，还存在大量的离子，包括阳离子Na+、K+、Ca2+、Cu2+、Fe3+、Si4+、
西南大学博士学位论文20图3.1RNA样品取材示意图Fig3.1SchematicdrawingofRNAsamples图3.2RNA的完整性分析A：RNA电泳检测。B：安捷伦2100模拟电泳检测。Fig3.2IntegrityanalysisofRNAA:RNAelectrophoresisdetection.B:AnalogelectrophoresisdetectionbyAgilentBioanalyzer2100.3.2.2测序数据评估丝腺精细分段的样品测序完成后，每个样品都获得超过4900万条cleanreads，占比都在rawreads的94%以上。Cleandata的Q30都大于90%，GC含量在47.28%-52.18%之间。说明测序得到的cleanreads能够满足后续数据分析的需要。测序原始数据已经上传到NCBIShortReadArchive(http://www.ncbi.nlm.nih.gov/sra/)，登录号PRJNA533027。
【参考文献】：
期刊论文
[1]家蚕前部丝腺特异表皮蛋白Bm11721的鉴定及表达[J]. 谢康,王鑫,陈慧芳,李懿,宋倩茹,赵萍. 生物工程学报. 2016(01)
[2]蜘蛛吐丝过程中钾的作用[J]. 陈新,黄郁芳,邵正中,黄曜,周平,David P.Knight,Fritz Vollrath. 高等学校化学学报. 2004(06)
[3]意大利工蜂头部腺体的形态结构研究[J]. 韩胜明. 中国养蜂. 2002(04)
[4]核酸、蛋白质的电荷数随pH的变化规律[J]. 张光先,李学刚,舒长兵. 有机化学. 2000(03)
本文编号：3274065
【文章来源】：西南大学重庆市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：118 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
家蚕丝腺与蜘蛛大壶腹腺形态对比
西南大学博士学位论文8对强度降低0.20，α-螺旋构象在1105cm-1处的相对强度增加0.10，而β-折叠相对强度增加0.23。表明在丝蛋白溶液从中部丝腺后区流经前区这一过程中，其蛋白分子构象由无规卷曲逐渐转变为α-螺旋，最终转变成β折叠构象，并伴随丝蛋白溶液的粘性变化[78]。pH的变化对蚕丝纤维的形成具有重要的意义。Domigan等人对五龄熟蚕丝腺的pH变化情况进行了测量，发现从后部丝腺到中部丝腺再到前部丝腺，丝腺腔内的pH发生明显的由碱性到中性再到酸性的梯度递减变化过程，即后部丝腺的pH为8.2~7.2，中部丝腺中部的pH为7.1，前部丝腺的pH为6.8~6.2；进一步研究发现碳酸酐酶参与家蚕丝腺腔内pH的梯度变化[79]（图1.2A）。Fib-H氨基酸的等电点约为4.2，家蚕前部丝腺的pH非常接近Fib-H的等电点。酸性环境下，纺丝原液的剪切敏感度提高，且Fib-H侧链基团发生质子化，使得酰胺基团的分子间氢键增多，引起丝蛋白溶液凝胶化[80]。同时，丝素重链N-末端的结构域（FibH-NT）作为pH响应的自组装模块，能够防止中性pH环境下β片的过早形成，随着pH沿后部丝腺腔到前部丝腺腔的降低，丝素重链N端会由无规卷曲向β折叠结构转变，加速丝蛋白的组装[81]。图1.2家蚕丝腺腔的pH梯度和离子梯度A：家蚕丝腺腔的pH梯度[82]。B：家蚕丝腺腔的pH梯度[12]。Fig1.2pHgradientandiongradientofsilkwormglandlumenA:pHgradientofsilkwormglandlumen.B:Iongradientofsilkwormglandlumen.与pH类似，丝腺腔内中的离子浓度也发生单调的变化。家蚕丝腺体内除了水和丝蛋白外，还存在大量的离子，包括阳离子Na+、K+、Ca2+、Cu2+、Fe3+、Si4+、
西南大学博士学位论文20图3.1RNA样品取材示意图Fig3.1SchematicdrawingofRNAsamples图3.2RNA的完整性分析A：RNA电泳检测。B：安捷伦2100模拟电泳检测。Fig3.2IntegrityanalysisofRNAA:RNAelectrophoresisdetection.B:AnalogelectrophoresisdetectionbyAgilentBioanalyzer2100.3.2.2测序数据评估丝腺精细分段的样品测序完成后，每个样品都获得超过4900万条cleanreads，占比都在rawreads的94%以上。Cleandata的Q30都大于90%，GC含量在47.28%-52.18%之间。说明测序得到的cleanreads能够满足后续数据分析的需要。测序原始数据已经上传到NCBIShortReadArchive(http://www.ncbi.nlm.nih.gov/sra/)，登录号PRJNA533027。
【参考文献】：
期刊论文
[1]家蚕前部丝腺特异表皮蛋白Bm11721的鉴定及表达[J]. 谢康,王鑫,陈慧芳,李懿,宋倩茹,赵萍. 生物工程学报. 2016(01)
[2]蜘蛛吐丝过程中钾的作用[J]. 陈新,黄郁芳,邵正中,黄曜,周平,David P.Knight,Fritz Vollrath. 高等学校化学学报. 2004(06)
[3]意大利工蜂头部腺体的形态结构研究[J]. 韩胜明. 中国养蜂. 2002(04)
[4]核酸、蛋白质的电荷数随pH的变化规律[J]. 张光先,李学刚,舒长兵. 有机化学. 2000(03)
本文编号：3274065
本文链接：https://www.wllwen.com/shoufeilunwen/nykjbs/3274065.html
