本文選題：家蠶　切入點(diǎn)：ATP　出處：《西南大學(xué)》2017年碩士論文

【摘要】：ATP(三磷酸腺苷)是機(jī)體生命活動(dòng)重要的能量通貨,動(dòng)物體內(nèi)ATP的合成主要在線粒體中通過(guò)氧化磷酸化途徑來(lái)完成。參與氧化及磷酸化的體系以復(fù)合體的形式分布在線粒體的內(nèi)膜上,構(gòu)成電子傳遞鏈(呼吸鏈),其本質(zhì)是一個(gè)氫氧化為水的放熱反應(yīng),即三羧酸循環(huán)產(chǎn)生的還原型NADH和FADH2提供氫原子,然后在線粒體內(nèi)膜上經(jīng)過(guò)一系列的氧化還原反應(yīng)釋放自由能,定位于線粒體內(nèi)膜上的ATP合酶再利用這些能量在跨膜的質(zhì)子轉(zhuǎn)移驅(qū)動(dòng)反應(yīng)中催化ADP(二磷酸腺苷)磷酸化形成ATP。ATP合酶是一個(gè)由酶復(fù)合體,主要由三個(gè)主要單元構(gòu)成,分別是FO和F1,另外還有一部分亞基構(gòu)成連接兩部分的外周柄。根據(jù)結(jié)合變構(gòu)機(jī)制理論:質(zhì)子流通過(guò)ATP合酶Fo單元的同時(shí),β亞基構(gòu)象改變?yōu)殚_(kāi)放狀態(tài),使ATP從酶分子上解脫下來(lái)。保幼激素(Juvenile hormone,JH)是昆蟲(chóng)體內(nèi)的重要內(nèi)分泌激素之一,在咽側(cè)體(CA)中合成,與另一個(gè)重要的內(nèi)分泌激素即蛻皮激素(20-hydroxyecdysone,20E)共同調(diào)控昆蟲(chóng)的生長(zhǎng)與發(fā)育。JH的滴度高峰出現(xiàn)在幼蟲(chóng)每個(gè)齡期的初期,促進(jìn)物質(zhì)代謝,維持幼蟲(chóng)生長(zhǎng);20E負(fù)責(zé)啟動(dòng)幼蟲(chóng)蛻皮及化蛹與化蛾變態(tài)蛻皮。盡管JH和ATP合酶都參與調(diào)節(jié)生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程,但兩者之間是否存在聯(lián)系還不清楚。家蠶是重要的產(chǎn)絲經(jīng)濟(jì)昆蟲(chóng),是昆蟲(chóng)遺傳與生理研究的模式生物之一。本研究通過(guò)對(duì)基因組和轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)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(shí)空表達(dá)譜;以此為基礎(chǔ),進(jìn)一步在細(xì)胞、組織和個(gè)體水平探究了JH對(duì)ATP合酶亞基基因表達(dá)及ATP合成的影響。獲得的主要研究結(jié)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(gè)家蠶基因組數(shù)據(jù)庫(kù)SilkDB(http://www.silkdb.org/silkdb/)及KAIKObase(http://sgp.dna.affrc.go.jp/KAIKObase/)中進(jìn)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(gè)核基因組編碼的家蠶ATP合酶亞基基因。進(jìn)一步的生物信息學(xué)分析顯示,家蠶ATP合酶亞基基因的外顯子數(shù)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(zhǎng)度從61(ATPE)到553(ATPA)不等,各個(gè)亞基含有不同的結(jié)構(gòu)域。比較基因組學(xué)分析發(fā)現(xiàn),這13個(gè)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(chóng)中都是單拷貝;但在小鼠和人類中,AT91有3個(gè)拷貝。系統(tǒng)發(fā)生分析顯示,不同昆蟲(chóng)中同一個(gè)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(gè)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(shí)空表達(dá)譜分析我們對(duì)家蠶ATP合酶亞基基因的時(shí)空表達(dá)譜進(jìn)行了分析。首先,通過(guò)分析雌雄家蠶幼蟲(chóng)5齡第3天各組織的全基因組表達(dá)譜芯片數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn),ATP合酶各亞基的表達(dá)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(dá),在代謝型組織表皮中的表達(dá)水平次之。其次,通過(guò)分析變態(tài)發(fā)育過(guò)程中脂肪體組織的轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn),幼蟲(chóng)5齡第3天脂肪體組織中的ATP合酶亞基有一定表達(dá),但在化蛹后第3天的表達(dá)水平很高。最后,分析家蠶個(gè)體從幼蟲(chóng)5齡第4天到化蛾整個(gè)變態(tài)發(fā)育期的全基因組表達(dá)譜芯片數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn),ATP合酶亞基主要在幼蟲(chóng)5齡、及化蛹后高量表達(dá)。綜合分析上述結(jié)果發(fā)現(xiàn),家蠶ATP合酶各亞基主要在幼蟲(chóng)生長(zhǎng)及蛹向成蟲(chóng)的變態(tài)發(fā)育中高表達(dá),而在幼蟲(chóng)期又主要在代謝型組織中高表達(dá),這基本與家蠶生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程中代謝活動(dòng)活躍的時(shí)空特異趨勢(shì)相吻合。3.JH影響家蠶ATP合酶亞基基因ATPO的表達(dá)及ATP的合成我們探究了JH對(duì)家蠶ATP合酶亞基基因表達(dá)的影響。用JH類似物(JHA)處理家蠶胚胎來(lái)源的BmE細(xì)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(dá)變化,結(jié)果顯示JHA處理導(dǎo)致ATPO亞基基因的表達(dá)顯著上調(diào);用JHA注射家蠶個(gè)體同樣能促進(jìn)表皮中ATPO的表達(dá)。進(jìn)一步的定量RT-PCR分析結(jié)果表明,在家蠶幼蟲(chóng)4齡起蠶到5齡末期的表皮中,ATPO主要在4齡前期高表達(dá),5齡初期的表達(dá)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(jié)果暗示JH對(duì)ATPO的轉(zhuǎn)錄起正調(diào)控作用。我們進(jìn)一步分析了JHA處理對(duì)家蠶ATP合成的影響。結(jié)果顯示,不論是JHA處理BmE細(xì)胞還是注射家蠶個(gè)體,都能促進(jìn)ATP的合成。在家蠶BmE細(xì)胞中過(guò)表達(dá)JH信號(hào)傳導(dǎo)分子Kr-h1,導(dǎo)致ATPO的表達(dá)顯著上調(diào),ATP含量顯著增加。在家蠶卵巢來(lái)源的BmN4-SID1細(xì)胞中對(duì)ATPO亞基基因進(jìn)行RNAi,結(jié)果發(fā)現(xiàn),ATPO基因的RNAi導(dǎo)致ATP合成降低。綜上,我們推測(cè)JH通過(guò)促進(jìn)ATPO亞基基因的表達(dá)來(lái)促進(jìn)ATP的合成。
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【學(xué)位授予單位】：西南大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：S881.2;Q78

【參考文獻(xiàn)】

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1 程道軍;家蠶激素信號(hào)通路及其對(duì)變態(tài)發(fā)育期基因表達(dá)的調(diào)控研究[D];西南大學(xué);2008年

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本文編號(hào)：1672245