家蠶絲產(chǎn)量性狀分子調(diào)控機(jī)理的研究及蠶絲性能的改造.pdf

1、家蠶被馴化來生產(chǎn)蠶絲已經(jīng)有近5千年的歷史。近年來，隨著基因組測(cè)序的完善，家蠶已經(jīng)成為一種重要的模式昆蟲，在具有可觀的經(jīng)濟(jì)價(jià)值的同時(shí)，還具有重要的科學(xué)研究?jī)r(jià)值。蠶絲是一種良好的生物材料，不僅可用于制作衣物棉被、飾品等一些高檔消費(fèi)品，還能夠用作醫(yī)學(xué)縫合線等醫(yī)用耗材。與人類的高血壓、糖尿病、肥胖、水稻產(chǎn)量、大豆油含量以及奶牛產(chǎn)奶量這些復(fù)雜性狀相似，絲蛋白的合成和分泌是一個(gè)由多基因決定的典型的復(fù)雜性狀。確定一個(gè)復(fù)雜性狀的遺傳機(jī)制是一項(xiàng)艱巨的工作

2、，因?yàn)檫@些表型的變化常常是由環(huán)境與基因之間的互作而引起的。家蠶與生俱來的優(yōu)越條件，如生命周期短，養(yǎng)殖密度大，安全性高，室內(nèi)飼養(yǎng)條件易于控制等，使其成為研究復(fù)雜性狀分子機(jī)制的理想模型。同時(shí)由于作為生物材料在醫(yī)療事業(yè)上的需要，對(duì)蠶絲性能進(jìn)行改造也是一項(xiàng)非常有意義的工作。本文針對(duì)這些科學(xué)問題進(jìn)行了系列的研究探索，取得的主要研究結(jié)果如下:
　　1、基于定量蛋白質(zhì)組學(xué)和轉(zhuǎn)錄組學(xué)分析結(jié)果對(duì)家蠶絲產(chǎn)量性狀分子調(diào)控機(jī)制的解析
　　本研究采用

3、基于SDS-PAGE和Gel-free的蛋白質(zhì)組學(xué)技術(shù)以及轉(zhuǎn)錄組測(cè)序技術(shù)，以繭絲產(chǎn)量降低的突變品種ZB的后部絲腺為材料，研究蠶絲產(chǎn)量的分子機(jī)制。結(jié)果表明，在五齡第三天絲蛋白合成與分泌達(dá)到高峰的時(shí)期，相對(duì)于轉(zhuǎn)基因家蠶供體Lan10品種，突變品種ZB的核糖體蛋白在蛋白質(zhì)和轉(zhuǎn)錄本水平上的表達(dá)量都降低，翻譯相關(guān)延伸因子轉(zhuǎn)錄本水平降低，重要的絲蛋白成分表達(dá)量也降低，相反，蛋白酶體關(guān)聯(lián)的pathway增強(qiáng)，包括氧化磷酸化、糖酵解和三羧酸循環(huán)等能量代

4、謝關(guān)聯(lián)的pathway也增強(qiáng)。這些結(jié)果說明，ZB品系絲產(chǎn)量的降低可能主要是絲蛋白合成能力降低、蛋白質(zhì)降解提前以及能量的非有效利用造成的。研究結(jié)果為今后培育家蠶絲高產(chǎn)品種奠定了分子基礎(chǔ)。
　　2、基于iTRAQ的蛋白質(zhì)組學(xué)和RNA-sequencing轉(zhuǎn)錄組學(xué)分析結(jié)果對(duì)蠶絲產(chǎn)量性狀分子調(diào)控機(jī)制的解析
　　研究采用了同重同位素相對(duì)與絕對(duì)定量(iTRAQ)蛋白質(zhì)組學(xué)技術(shù)和轉(zhuǎn)錄組分析中的新外顯子的數(shù)據(jù)信息來進(jìn)一步研究ZB家蠶品種家蠶

5、絲產(chǎn)量性狀的分子調(diào)控機(jī)理。采用后部絲腺為材料，研究新鑒定了139個(gè)蛋白質(zhì)和630個(gè)轉(zhuǎn)錄本。以轉(zhuǎn)基因家蠶供體Lan10品種為對(duì)照，研究結(jié)果豐富了家蠶后部絲腺的蛋白質(zhì)和轉(zhuǎn)錄本的信息。鑒定到的差異蛋白為89個(gè)，其中23個(gè)顯著上調(diào)，66個(gè)顯著下調(diào)。鑒定到的差異轉(zhuǎn)錄本為788個(gè)，其中779個(gè)上調(diào)，9個(gè)下調(diào)。研究結(jié)果進(jìn)一步證實(shí)ZB品系能量的空耗、蛋白質(zhì)翻譯效率降低以及蛋白質(zhì)降解水平的提高是其絲蛋白低的關(guān)鍵因素。在此基礎(chǔ)上，本研究還進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)，轉(zhuǎn)錄功

6、能的降低、蛋白質(zhì)折疊和轉(zhuǎn)運(yùn)出錯(cuò)、絲蛋白主要成分表達(dá)量的降低以及后部絲腺器官生長(zhǎng)發(fā)育的減緩可能是導(dǎo)致ZB品系絲蛋白產(chǎn)量降低的另外幾個(gè)重要原因。
　　3、利用轉(zhuǎn)基因家蠶生產(chǎn)鈣離子結(jié)合蛋白活性生物材料的研究
　　家蠶絲蛋白與生俱來的一些優(yōu)越性能使其非常適合作為多種生物材料。在本研究中，利用家蠶后部絲腺生物反應(yīng)器表達(dá)了具有鈣離子結(jié)合活性的珍珠母貝基質(zhì)蛋白序列[(AGSGAG)6ASEYDYDDDSDDDDEWD]2，獲得了復(fù)合蠶絲。