本文選題：家蠶　切入點：ATP　出處：《西南大學》2017年碩士論文

【摘要】：ATP(三磷酸腺苷)是機體生命活動重要的能量通貨,動物體內ATP的合成主要在線粒體中通過氧化磷酸化途徑來完成。參與氧化及磷酸化的體系以復合體的形式分布在線粒體的內膜上,構成電子傳遞鏈(呼吸鏈),其本質是一個氫氧化為水的放熱反應,即三羧酸循環(huán)產生的還原型NADH和FADH2提供氫原子,然后在線粒體內膜上經過一系列的氧化還原反應釋放自由能,定位于線粒體內膜上的ATP合酶再利用這些能量在跨膜的質子轉移驅動反應中催化ADP(二磷酸腺苷)磷酸化形成ATP。ATP合酶是一個由酶復合體,主要由三個主要單元構成,分別是FO和F1,另外還有一部分亞基構成連接兩部分的外周柄。根據結合變構機制理論:質子流通過ATP合酶Fo單元的同時,β亞基構象改變?yōu)殚_放狀態(tài),使ATP從酶分子上解脫下來。保幼激素(Juvenile hormone,JH)是昆蟲體內的重要內分泌激素之一,在咽側體(CA)中合成,與另一個重要的內分泌激素即蛻皮激素(20-hydroxyecdysone,20E)共同調控昆蟲的生長與發(fā)育。JH的滴度高峰出現在幼蟲每個齡期的初期,促進物質代謝,維持幼蟲生長;20E負責啟動幼蟲蛻皮及化蛹與化蛾變態(tài)蛻皮。盡管JH和ATP合酶都參與調節(jié)生長發(fā)育過程,但兩者之間是否存在聯(lián)系還不清楚。家蠶是重要的產絲經濟昆蟲,是昆蟲遺傳與生理研究的模式生物之一。本研究通過對基因組和轉錄組數據的比較分析,鑒定獲得了家蠶基因組中的ATP合酶亞基基因,并建立了這些基因的時空表達譜;以此為基礎,進一步在細胞、組織和個體水平探究了JH對ATP合酶亞基基因表達及ATP合成的影響。獲得的主要研究結果如下:1.家蠶ATP合酶亞基基因的基因組鑒定以果蠅的ATP合酶亞基編碼基因的氨基酸序列在兩個家蠶基因組數據庫SilkDB(http://www.silkdb.org/silkdb/)及KAIKObase(http://sgp.dna.affrc.go.jp/KAIKObase/)中進行同源性檢索,鑒定家蠶ATP合酶亞基基因�；谛蛄邢嗨菩约肮δ苡虮Ｊ匦�,我們從家蠶基因組中鑒定獲得了13個核基因組編碼的家蠶ATP合酶亞基基因。進一步的生物信息學分析顯示,家蠶ATP合酶亞基基因的外顯子數從1(ATPB)到10(ATPA)不等;除了ATPE外,家蠶其他ATP合酶亞基基因都能定位到特定染色體上;家蠶ATP合酶亞基的氨基酸序列長度從61(ATPE)到553(ATPA)不等,各個亞基含有不同的結構域。比較基因組學分析發(fā)現,這13個ATP合酶亞基基因在家蠶、果蠅、帝王蝶、蜜蜂和赤擬谷盜等昆蟲中都是單拷貝;但在小鼠和人類中,AT91有3個拷貝。系統(tǒng)發(fā)生分析顯示,不同昆蟲中同一個單拷貝ATP合酶亞基基因的同源體總是聚成一類,而小鼠和人的另聚成一類。有趣的是,人和小鼠中AT91基因的每一個拷貝總是先聚成一類,再與另外拷貝的聚類分支聚類,暗示AT91的多拷貝形成發(fā)生于人類和小鼠分化之前。2.家蠶ATP合酶亞基基因的時空表達譜分析我們對家蠶ATP合酶亞基基因的時空表達譜進行了分析。首先,通過分析雌雄家蠶幼蟲5齡第3天各組織的全基因組表達譜芯片數據發(fā)現,ATP合酶各亞基的表達模式基本相似,主要在中腸和馬氏管等代謝型組織及頭部中高表達,在代謝型組織表皮中的表達水平次之。其次,通過分析變態(tài)發(fā)育過程中脂肪體組織的轉錄組數據發(fā)現,幼蟲5齡第3天脂肪體組織中的ATP合酶亞基有一定表達,但在化蛹后第3天的表達水平很高。最后,分析家蠶個體從幼蟲5齡第4天到化蛾整個變態(tài)發(fā)育期的全基因組表達譜芯片數據發(fā)現,ATP合酶亞基主要在幼蟲5齡、及化蛹后高量表達。綜合分析上述結果發(fā)現,家蠶ATP合酶各亞基主要在幼蟲生長及蛹向成蟲的變態(tài)發(fā)育中高表達,而在幼蟲期又主要在代謝型組織中高表達,這基本與家蠶生長發(fā)育過程中代謝活動活躍的時空特異趨勢相吻合。3.JH影響家蠶ATP合酶亞基基因ATPO的表達及ATP的合成我們探究了JH對家蠶ATP合酶亞基基因表達的影響。用JH類似物(JHA)處理家蠶胚胎來源的BmE細胞和離體培養(yǎng)的家蠶表皮組織,繼而利用定量RT-PCR分析ATP合酶亞基的表達變化,結果顯示JHA處理導致ATPO亞基基因的表達顯著上調;用JHA注射家蠶個體同樣能促進表皮中ATPO的表達。進一步的定量RT-PCR分析結果表明,在家蠶幼蟲4齡起蠶到5齡末期的表皮中,ATPO主要在4齡前期高表達,5齡初期的表達水平次之,這與家蠶血淋巴中JH的滴度變化模式一致的。這些結果暗示JH對ATPO的轉錄起正調控作用。我們進一步分析了JHA處理對家蠶ATP合成的影響。結果顯示,不論是JHA處理BmE細胞還是注射家蠶個體,都能促進ATP的合成。在家蠶BmE細胞中過表達JH信號傳導分子Kr-h1,導致ATPO的表達顯著上調,ATP含量顯著增加。在家蠶卵巢來源的BmN4-SID1細胞中對ATPO亞基基因進行RNAi,結果發(fā)現,ATPO基因的RNAi導致ATP合成降低。綜上,我們推測JH通過促進ATPO亞基基因的表達來促進ATP的合成。
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【學位授予單位】：西南大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：S881.2;Q78

【參考文獻】

相關博士學位論文 前1條

1 程道軍;家蠶激素信號通路及其對變態(tài)發(fā)育期基因表達的調控研究[D];西南大學;2008年

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本文編號：1672245