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基本信息
- 項目名稱：
- 蔥蠅HSP23基因的克隆及在滯育時期
- 小類：
- 生命科學(xué)
- 簡介：
- 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相對新的學(xué)科領(lǐng)域。它為在國際上首次建立一個冬滯育和夏滯育比較研究的模式動物系統(tǒng)做基礎(chǔ)工作。這對認(rèn)知hsp23基因在昆蟲滯育及其調(diào)控的分子機理具有重要的科學(xué)意義；為昆蟲的活體儲藏提供理論和技術(shù)依據(jù)；對害蟲監(jiān)測和控制、農(nóng)業(yè)和醫(yī)學(xué)基因工程也具有重要的理論和應(yīng)用價值。
- 詳細(xì)介紹：
- 滯育是昆蟲及其近緣節(jié)肢動物在特定發(fā)育期發(fā)育停滯、不食不動、新陳代謝降低的一個生理現(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，增大雌雄個體間的交配機率，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)，它啟動一套新基因的表達(dá)，是一個獨特的發(fā)育和生理過程。因此，研究關(guān)于昆蟲滯育基因的表達(dá)對深入理解昆蟲滯育及其調(diào)控的分子機理有著重要的作用，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端域兩個部分組成，C端域含有一個相當(dāng)保守的α晶體蛋白(α-crystallin)結(jié)構(gòu)域。對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、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?；虻谋容^研究的理想模式種，是因為它的滯育（包括冬滯育和夏滯育）生物學(xué)特性已研究清楚，可在實驗室進(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，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，它對紅尾肉蠅越冬起著重要作用。然而，在絲光綠蠅（Lucilia sericata）滯育時期中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HSP23基因在昆蟲夏滯育時期的表達(dá)進(jìn)行研究，更沒有對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，登錄號分別為HQ392521.1和ADX36150。同時采用實時定量PCR進(jìn)行了該基因在蔥蠅滯育時期的功能研究?？寺〉降氖[蠅HSP23基因全長cDNA序列為904bp，開放閱讀框為133-693，共編碼186個氨基酸，推測蛋白分子量為20.9 kDa，等電點為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期都是抬高表達(dá)，在冬滯育和夏滯育后期時，其表達(dá)量卻降低。這些結(jié)果表明：蔥蠅HSP23基因在滯育時期的抬高表達(dá)，對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在滯育時期抬高表達(dá)并不是滯育昆蟲中共同特點，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)性及獨特之處
- 本項目以蔥蠅為模式種，克隆與昆蟲滯育時期有關(guān)的hsp23基因。通過運用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，這對認(rèn)知hsp23基因在昆蟲滯育及其調(diào)控的分子機理具有重要的科學(xué)意義。
應(yīng)用價值和現(xiàn)實意義
- 為昆蟲的活體儲藏提供理論和技術(shù)依據(jù)；對害蟲監(jiān)測和控制、農(nóng)業(yè)和醫(yī)學(xué)基因工程也具有重要的理論和應(yīng)用價值。
學(xué)術(shù)論文摘要
- 滯育是昆蟲及其近緣節(jié)肢動物在特定發(fā)育期發(fā)育停滯、不食不動、新陳代謝降低的一個生理現(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，增大雌雄個體間的交配機率，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)，它啟動一套新基因的表達(dá)，是一個獨特的發(fā)育和生理過程。因此，研究關(guān)于昆蟲滯育基因的表達(dá)對深入理解昆蟲滯育及其調(diào)控的分子機理有著重要的作用，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。
獲獎情況
- 在重慶師范大學(xué)第十三屆研究生學(xué)術(shù)活動月中，獲得校一等獎
鑒定結(jié)果
- 克隆到的蔥蠅HSP23基因全長cDNA序列為904bp，共編碼186個氨基酸，蛋白分子量為20.9 kDa，等電點為6.42。滯育時期的抬高表達(dá)，對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)肢動物在特定發(fā)育期發(fā)育停滯、不食不動、新陳代謝降低的一個生理現(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，增大雌雄個體間的交配機率，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制。短日照和低溫誘導(dǎo)昆蟲進(jìn)入冬滯育，長日照和高溫誘導(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）等很少幾個種能進(jìn)行兩種滯育專化基因的比較研究。蔥蠅是世界性重要地下害蟲；這兩個種滯育都發(fā)生在蛹期頭外翻后的同一發(fā)育點；它的滯育生物學(xué)特性已研究清楚；可在實驗室大規(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，更沒有對這個基因在蔥蠅的非滯育、冬滯育和夏滯育時期的系統(tǒng)比較研究。本項目以蔥蠅為模式種，主要以克隆HSP23基因的cDNA序列，并采用實時定量PCR技術(shù)來研究，在蔥蠅滯育不同時期，HSP23基因的表達(dá)和規(guī)律，以及它的基本特性和進(jìn)化。這對認(rèn)知HSP23基因在昆蟲滯育及其調(diào)控的分子機理具有重要的科學(xué)意義；對害蟲監(jiān)測和控制、農(nóng)業(yè)和醫(yī)學(xué)基因工程也具有重要的理論和應(yīng)用價值。
