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基本信息
- 項(xiàng)目名稱：
- 蔥蠅HSP23基因的克隆及在滯育時(shí)期
- 小類：
- 生命科學(xué)
- 簡(jiǎn)介：
- 昆蟲滯育的研究歷史悠久，但在分子水平上揭示昆蟲滯育的奧秘還是一個(gè)相對(duì)新的學(xué)科領(lǐng)域。它為在國際上首次建立一個(gè)冬滯育和夏滯育比較研究的模式動(dòng)物系統(tǒng)做基礎(chǔ)工作。這對(duì)認(rèn)知hsp23基因在昆蟲滯育及其調(diào)控的分子機(jī)理具有重要的科學(xué)意義；為昆蟲的活體儲(chǔ)藏提供理論和技術(shù)依據(jù)；對(duì)害蟲監(jiān)測(cè)和控制、農(nóng)業(yè)和醫(yī)學(xué)基因工程也具有重要的理論和應(yīng)用價(jià)值。
- 詳細(xì)介紹：
- 滯育是昆蟲及其近緣節(jié)肢動(dòng)物在特定發(fā)育期發(fā)育停滯、不食不動(dòng)、新陳代謝降低的一個(gè)生理現(xiàn)象。通過滯育昆蟲克服超常低溫、高溫和干旱氣候，以度過不良季節(jié)，保持種群同步發(fā)育，增大雌雄個(gè)體間的交配機(jī)率，利用季節(jié)性的資源。涉及昆蟲滯育的行為和生理變化是與特定的基因表達(dá)相關(guān)的，其中，激素的調(diào)節(jié)起著重要作用。昆蟲滯育不僅僅關(guān)閉一系列基因的表達(dá)，它啟動(dòng)一套新基因的表達(dá)，是一個(gè)獨(dú)特的發(fā)育和生理過程。因此，研究關(guān)于昆蟲滯育基因的表達(dá)對(duì)深入理解昆蟲滯育及其調(diào)控的分子機(jī)理有著重要的作用，而涉及昆蟲滯育方面的基因主要是熱激蛋白(heat-shock proteins，HSP)：sHSP、 HSP60、 HSP70和HSP90。 熱激蛋白(heat-shock proteins，HSP)具有高度保守的氨基酸序列，它們存在于生物體中，具有復(fù)雜的細(xì)胞生理調(diào)節(jié)的功能，具有分子伴侶作用，包括蛋白質(zhì)折疊，蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)等生物學(xué)功能。根據(jù)分子量的不同，HSP家族主要包括：HSP90家族(85~90 kDa)，HSP70家族(68~73 kDa)和sHSP家族(12~47 kDa)。 sHSP的分子量在12~47 kDa，主要結(jié)構(gòu)是由C端域和N端域兩個(gè)部分組成，C端域含有一個(gè)相當(dāng)保守的α晶體蛋白(α-crystallin)結(jié)構(gòu)域。對(duì)sHSP的研究，已經(jīng)深入到它在生物體內(nèi)作為分子伴侶、誘導(dǎo)生物體耐熱性和穩(wěn)定細(xì)胞骨架等生物學(xué)功能水平上。然而，關(guān)于生物體的sHSP在環(huán)境壓力、細(xì)胞骨架、蛋白質(zhì)多肽的折疊和轉(zhuǎn)運(yùn)、不同組織細(xì)胞中發(fā)育和表達(dá)等方面的研究，也只在秀麗線蟲(Caenorhabditis elegans)、黑腹果蠅(Drosophila melanogaster)、非洲爪蟾(Xenopus laevis)、小鼠(Mus musculus)和人類等幾種模式生物體中進(jìn)行研究。 蔥蠅（Delia antique）能作為進(jìn)行滯育專化基因的比較研究的理想模式種，是因?yàn)樗臏òǘ瑴拖臏┥飳W(xué)特性已研究清楚，可在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行大規(guī)模飼養(yǎng)，在系統(tǒng)發(fā)育上與黑腹果蠅近緣。同時(shí)，在蔥蠅滯育?；虻难芯恐?，HSP90和HSP70基因已被研究過，這為本研究HSP23基因提供參考。在對(duì)昆蟲紅尾肉蠅（Sarcophaga. crassipalpis）的HSP23基因研究中發(fā)現(xiàn)：在正常滯育狀態(tài)下，紅尾肉蠅HSP23基因是抬高表達(dá)的，它對(duì)紅尾肉蠅越冬起著重要作用。然而，在絲光綠蠅（Lucilia sericata）滯育時(shí)期中HSP23基因卻并不抬高表達(dá)。這說明HSP23基因并不一定在昆蟲滯育期間都抬高表達(dá)。但要充分說明HSP23基因在昆蟲滯育期的表達(dá)情況，則需要研究更多的不同滯育類型的昆蟲。目前，還沒有對(duì)HSP23基因在昆蟲夏滯育時(shí)期的表達(dá)進(jìn)行研究，更沒有對(duì)HSP23基因在冬滯育和夏滯育進(jìn)行比較研究。 本研究采用RACE-PCR的方法克隆了蔥蠅HSP23基因（DaHSP23），并對(duì)該基因進(jìn)行系統(tǒng)進(jìn)化分析，該基因序列和氨基酸序列都登錄到GenBank，登錄號(hào)分別為HQ392521.1和ADX36150。同時(shí)采用實(shí)時(shí)定量PCR進(jìn)行了該基因在蔥蠅滯育時(shí)期的功能研究?？寺〉降氖[蠅HSP23基因全長(zhǎng)cDNA序列為904bp，開放閱讀框?yàn)?33-693，共編碼186個(gè)氨基酸，推測(cè)蛋白分子量為20.9 kDa，等電點(diǎn)為6.42。進(jìn)行多序列分析發(fā)現(xiàn)，該基因與其它雙翅目昆蟲的HSP有超過68%的相似度。蔥蠅HSP23基因的mRNA在冬滯育和夏滯育時(shí)期都是抬高表達(dá)，在冬滯育和夏滯育后期時(shí)，其表達(dá)量卻降低。這些結(jié)果表明：蔥蠅HSP23基因在滯育時(shí)期的抬高表達(dá)，對(duì)蔥蠅越冬或者避暑起著重要作用。
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作品專業(yè)信息
撰寫目的和基本思路
- 小熱激蛋白（sHSP）家族是一類非常保守的基因家族，它能夠在一定程度上反映出物種自然進(jìn)化關(guān)系和規(guī)律。一些研究表明小熱激蛋白23（HSP23）在滯育時(shí)期抬高表達(dá)，例如：紅尾肉蠅和蔥蠅本研究）等等。在其它一些研究中，HSP23并沒有在滯育時(shí)期抬高表達(dá)，金色果蠅絲光綠蠅和舞毒蛾因此，HSP23在滯育時(shí)期抬高表達(dá)并不是滯育昆蟲中共同特點(diǎn)，才能得到小熱激蛋白基因家族的變化規(guī)律
科學(xué)性、先進(jìn)性及獨(dú)特之處
- 本項(xiàng)目以蔥蠅為模式種，克隆與昆蟲滯育時(shí)期有關(guān)的hsp23基因。通過運(yùn)用Northern雜交及定量PCR技術(shù)研究hsp23基因在蔥蠅滯育不同階段表達(dá)關(guān)系，這對(duì)認(rèn)知hsp23基因在昆蟲滯育及其調(diào)控的分子機(jī)理具有重要的科學(xué)意義。
應(yīng)用價(jià)值和現(xiàn)實(shí)意義
- 為昆蟲的活體儲(chǔ)藏提供理論和技術(shù)依據(jù)；對(duì)害蟲監(jiān)測(cè)和控制、農(nóng)業(yè)和醫(yī)學(xué)基因工程也具有重要的理論和應(yīng)用價(jià)值。
學(xué)術(shù)論文摘要
- 滯育是昆蟲及其近緣節(jié)肢動(dòng)物在特定發(fā)育期發(fā)育停滯、不食不動(dòng)、新陳代謝降低的一個(gè)生理現(xiàn)象。通過滯育昆蟲克服超常低溫、高溫和干旱氣候，以度過不良季節(jié)，保持種群同步發(fā)育，增大雌雄個(gè)體間的交配機(jī)率，利用季節(jié)性的資源。涉及昆蟲滯育的行為和生理變化是與特定的基因表達(dá)相關(guān)的，其中，激素的調(diào)節(jié)起著重要作用。昆蟲滯育不僅僅關(guān)閉一系列基因的表達(dá)，它啟動(dòng)一套新基因的表達(dá)，是一個(gè)獨(dú)特的發(fā)育和生理過程。因此，研究關(guān)于昆蟲滯育基因的表達(dá)對(duì)深入理解昆蟲滯育及其調(diào)控的分子機(jī)理有著重要的作用，而涉及昆蟲滯育方面的基因主要是熱激蛋白(heat-shock proteins，HSP)：sHSP、 HSP60、 HSP70和HSP90。
獲獎(jiǎng)情況
- 在重慶師范大學(xué)第十三屆研究生學(xué)術(shù)活動(dòng)月中，獲得校一等獎(jiǎng)
鑒定結(jié)果
- 克隆到的蔥蠅HSP23基因全長(zhǎng)cDNA序列為904bp，共編碼186個(gè)氨基酸，蛋白分子量為20.9 kDa，等電點(diǎn)為6.42。滯育時(shí)期的抬高表達(dá)，對(duì)蔥蠅越冬或者避暑起著重要作用。
參考文獻(xiàn)
- Denlinger, D. L. Regulation of diapause[J]. Ann Rev Entomol. 2002, 47: 93-122. Nomura, M. & Ishikawa, Y. Dynamia changes in cold hardiness, high-temperature tolerance and trehalose content in the onion maggot, Delia antiqua (Diptera: Anthomyiidae), associated with the summer and WD diapause[J]. Appl Entomol Zool, 2001, 36: 443-449. Kimura, Y. & Masaki, S. Effect of light period on dark-time measurement for diapause induction in Mamestra brassicae[J]. J Insect Physiol, 1992, 38: 681-686. Chen B., Kayukawa T., Jiang H, et al. DaTrypsin, a novel clip-domain serine proteinase gene upregulated during winter and summer diapause of the onion maggot, Delia antiqua[J].Gene, 2004, 347:115-123. Kayukawa T., Chen B., Hoshizaki S., et al. Upregulation of a desaturase is associated with the enhancement of cold hardiness in the onion maggot, Delia.antiqua[J]. Inset Bioch Mol Biol, 2007, 37: 1160-1167.
同類課題研究水平概述
- 滯育是昆蟲及其近緣節(jié)肢動(dòng)物在特定發(fā)育期發(fā)育停滯、不食不動(dòng)、新陳代謝降低的一個(gè)生理現(xiàn)象。通過滯育昆蟲克服超常低溫、高溫和干旱氣候，以度過不良季節(jié)，保持種群同步發(fā)育，增大雌雄個(gè)體間的交配機(jī)率，利用季節(jié)性的資源。昆蟲滯育可發(fā)生在卵、幼蟲、蛹和成蟲期。除卵期滯育外，其它蟲期的滯育主要分為冬滯育和夏滯育，它們具有相似但又有不同的生理和遺傳機(jī)制。短日照和低溫誘導(dǎo)昆蟲進(jìn)入冬滯育，長(zhǎng)日照和高溫誘導(dǎo)昆蟲進(jìn)入夏滯育。 目前僅知蔥蠅（Delia antique）和甘藍(lán)夜蛾（Mamestra brassicae）等很少幾個(gè)種能進(jìn)行兩種滯育?；虻谋容^研究。蔥蠅是世界性重要地下害蟲；這兩個(gè)種滯育都發(fā)生在蛹期頭外翻后的同一發(fā)育點(diǎn)；它的滯育生物學(xué)特性已研究清楚；可在實(shí)驗(yàn)室大規(guī)模飼養(yǎng)；在系統(tǒng)發(fā)育上與黑腹果蠅（Drosophila melanogaster）近緣。這使得它成為這兩種滯育?；虮容^研究的理想模式種。 目前，關(guān)于蔥蠅HSP23基因還從未被系統(tǒng)地研究過，更沒有對(duì)這個(gè)基因在蔥蠅的非滯育、冬滯育和夏滯育時(shí)期的系統(tǒng)比較研究。本項(xiàng)目以蔥蠅為模式種，主要以克隆HSP23基因的cDNA序列，并采用實(shí)時(shí)定量PCR技術(shù)來研究，在蔥蠅滯育不同時(shí)期，HSP23基因的表達(dá)和規(guī)律，以及它的基本特性和進(jìn)化。這對(duì)認(rèn)知HSP23基因在昆蟲滯育及其調(diào)控的分子機(jī)理具有重要的科學(xué)意義；對(duì)害蟲監(jiān)測(cè)和控制、農(nóng)業(yè)和醫(yī)學(xué)基因工程也具有重要的理論和應(yīng)用價(jià)值。
