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家蚕天然彩色茧品种CBP基因的结构和表达分析及类胡萝卜素差异

牛艳山  
【摘要】: 家蚕是鳞翅目的模式生物,家蚕对色素的吸收、修饰和转运等过程受到复杂的基因调控,家蚕茧色的调控机理研究已经成为动物色素吸收调控的主要研究平台之一。家蚕是一种产业化生产的经济昆虫,国内外丝绸生产普遍使用白色蚕茧,通过化学染色获得彩色丝绸,大量的印染等加工废水是工业污水主要来源之一。家蚕天然彩色茧的开发与产业化利用,有望为丝绸业带来绿色活力。研究家蚕对色素吸收和转运的分子机制,对了解包括人类等动物色素形成和调控机理,培育家蚕优良有色茧品种,都有非常积极的意义。 类胡萝卜素结合蛋白基因(CBP)是黄茧色形成的关键基因,CBP基因结构引起的mRNA表达差异是黄茧茧色区别于白茧茧色的重要原因。目前,少有对不同茧色品种家蚕CBP基因结构和表达的比较分析报道,CBP基因的发育表达规律也尚待揭示,特别是结合家蚕类胡萝卜素分布的调查,将为建立基础的品种分子数据提供依据。 本文采用生物信息学、PCR和RT-PCR技术、Southern杂交、RACE技术、类胡萝卜素的紫外可见分析等方法,对不同茧色家蚕品种CBP基因结构和发育表达规律,及其与类胡萝卜素分布之间的关系进行了详细分析。 结果发现: 1.CBP基因至少具有4种不同的结构,所调查的家蚕黄茧品种含有2到3种CBP基因结构,白茧和绿茧品种均只含有1种序列不同的CBP基因结构;家蚕黄茧品种CBP基因结构的特点导致其转录区别于绿茧和白茧品种。CBP基因在调查的家蚕各个发育阶段包括幼虫期和蛹期均有转录,但具有茧色品种间发育时期和组织的表达差异。家蚕黄茧品种CBP mRNA的表达分布不同于白茧和绿茧品种,表现为转录本数量和序列的差异。4龄幼虫期丝腺CBP mRNA的表达受到抑制,但在其它组织如生殖腺中则正常表达。 2.不同于已发表文献,家蚕黄茧品种如N4等CBP基因可同时表达一系列序列高度同源的转录本,这种转录方式不受发育时期限制,并可能存在品种间转录本的区别,转录本之间序列的差异主要在5'非翻译区,但也有涉及编码区删减的。家蚕白茧C108品种和7个绿茧品种都未发现类似转录方式,在发育的各个时期均只表达一种转录本。家蚕不同茧色品种CBP转录方式的差异可能主要来自基因结构的不同。 3.家蚕黄茧品种如N4等CBP基因位点存在其它选择性剪切转录产物,转录产物序列的差异在5'非翻译区,其开放阅读框与CBP高度同源但长度较短,表达具有相似的调控规律。已经确认的13种选择性剪切转录产物中,2种mRNA可表达,且不受茧色品种限制。 4.所调查的家蚕品种间存在类胡萝卜素吸收的差异。7个绿茧和2个白茧品种都不吸收类胡萝卜素,提示与这些品种类胡萝卜素的主要吸收组织仅可表达不完整CBP mRNA相关。12个黄茧品种类胡萝卜素的吸收受到发育调节,组织间分布不同,表现为:4龄幼虫期类胡萝卜素的组织分布相似,尤其丝腺类胡萝卜素含量很低,可能源于CBP mRNA的表达受到抑制;5龄幼虫期类胡萝卜素含量显著高于其它时期,其组织分布有品种间差异,可能反映出了品种的发育特征和茧色差异,但不能反映出类胡萝卜素吸收能力的差异。 这些结果表明,家蚕黄茧品种CBP基因结构区别于绿茧和白茧品种,表达方式存在显著差异,导致了类胡萝卜素分布规律的不同,并反映为茧色的不同。基因结构的特点可能是CBP基因位点复杂的转录表达方式的主要原因。同时也表明,家蚕是研究复杂的基因转录调控方式的理想动物,CBP基因是研究色素吸收和基因表达的有效平台。


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