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本项研究选择严重危害养猪业发展、并具有重要公共卫生学意义的猪蛔虫作为研究对象,采用抑制消减杂交技术构建猪蛔虫性别差异cDNA文库,再应用cDNA微阵列表达谱芯片技术进一步筛选性别差异基因,研究其在猪蛔虫雌、雄虫,第三、四期幼虫期的表达谱。通过大量EST测序及序列对比分析,获得每个EST代表的相关生物学信息;再应用RNA干扰技术,初步探讨其中两个关键EST基因序列的功能。
构建猪蛔虫性别差异表达的雌、雄成虫消减cDNA文库,并采用Southernblot分别检测了雌、雄虫相互消减后所获得的cDNA的特异性。通过重组质粒的克隆转化初步预测了文库的容量;采用菌液PCR鉴定了插入片段的阳性率。小规模的测序及序列分析进一步验证了获得的雌、雄成虫cDNA文库具有良好特异性。
从雌、雄虫消减cDNA文库中分别挑取1044和1119个克隆,PCR扩增其插入片断,经纯化后点样于预先处理好的基片上,制备成cDNA微阵列芯片。将分别标记荧光素Cy3和Cy的雌虫和雄虫cDNA探针,与制备好的cDNA芯片杂交,用芯片扫描仪扫描,获取每个点的杂交信号,原始信号值经均一化处理。为避免系统误差,将雌雄虫用Cy5和Cy3进行一次反标,再与平行的cDNA芯片杂交。用图像分析软件计算出每个点杂交后不同荧光标记的信号值,即Ratio值,选出Ratio值大于2或小于0.5的克隆。在正标芯片上的一对基因(相同的克隆在同一芯片的不同位置的重复,即双点杂交)中,都存在表达差异的基因克隆雌虫有748个,雄虫有957个;反标芯片上一对基因中Ratio都存在表达差异的雌、雄基因克隆分别有816和926个。在正反标中同时都存在表达差异的基因克隆,存在差异性的共有1559个,其中雌虫有702个,雄虫有857个。这些数据所代表的基因在与两种探针杂交时表现出较大的差异,且上下调趋势一致,程度相似。从获得的表达差异数据分析,雄虫克隆消减效率达到了76.6%-85.5%,雌虫的消减效率达到67.2%-78.2%,进一步证实了构建的抑制消减杂交cDNA文库的特异性。
为研究猪蛔虫性别差异表达基因在第三、四期幼虫的表达谱,标记有荧光素Cy5和Cy3的各组探针(L3-Cy5与♀-Cy3;L3-Cy5与♂-Cy3;L4-Cy5与♀-Cy3;L4-Cy5与♂-Cy3)分别与制备好的芯片进行杂交、扫描,原始信号值经均一化处理后,获取每个点的Ratio值(Ratio=Cy5/Cy3)。结果雌性差异表达基因在第三、四期中特有的分别是21、22个;雄性差异表达基因在第三、四期中特有的分别是9、6个。
筛选出双点杂交和正反标芯片上都同时具有表达差异,且表达差异最明显的前884个(雌虫392个,雄虫439个)以及在第三、四期幼虫表达差异最明显前53个克隆,进行单向5端测序,除去重叠群ESTs外,分别获得有效雌、雄克隆序列340和367个(共707个)。对这些ESTs进行对比分析发现,有67为新的ESTs序列(雄虫51个,雌虫16个)。雄虫ESTs多是编码主要精子蛋白(MSP),雌虫ESTs主要是编码卵黄源蛋白、免疫抑制卵巢信息蛋白,在第三期幼虫中编码的主要蛋白有卵黄原前导蛋白、睾丸幼胚蛋白等;在第四期幼虫中表达的蛋白有免疫抑制卵巢信息蛋白、主要精子纤维蛋白(MFP)等。本项研究结果不仅初步阐明了猪蛔虫性别特异基因在第三、第四期幼虫的表达情况,而且亦为筛选控制猪蛔虫病的“关键”基因并阐明其功能奠定了基础。
采用RNAi技术,首次研究了猪蛔虫雌虫卵巢相关蛋白基因和编码雄虫主要精子蛋白基因的功能。针对这两个不同的基因,实验分别采用了浸泡法和喂食法将dsRNA导入秀丽新杆线虫体内,通过RT-PCR检测了所选目的基因产生的干扰效果。
针对雌虫ESTF632序列设计特异引物,并在该引物5端添加T7启动子序列,扩增后获得5端连有T7启动子的DNA序列,该序列在RNA聚合酶的作用下,转录合成dsRNA。通过浸泡的方式将dsRNA导入秀丽新杆线虫中。在浸泡后的5个不同的时间点提取实验组和对照组虫体的总RNA,再进行RT-PCR检测浸泡入虫体的dsRNA发生干扰的效应。实验结果表明,在浸泡后的8-29h各组都能检测到同源序列的存在,说明在这个时间段,还没有发生明显的干扰效应;而在浸泡后的43-57h没有检测到对应的靶序列。实验组虫体从浸泡开始,到浸泡57h,虫体内观察不到发育明显的虫卵,始终是原生质颗粒;对照组浸泡前期同样看不到大的变化,在浸泡28h后,发现部分线虫体内发育成形的虫卵。因此初步认为导入虫体的dsRNA发生了干扰效应。
将雄虫克隆M215基因序列与酶切位点两端带有T7启动子的pL4440质粒连接,再转化到自制感受态细胞HT115大肠杆菌株中,在IPTG和T7RNA聚合酶的共同作用下,诱导dsRNA在HT115中产生。再用HT115菌喂食秀丽新杆线虫,20℃培养36-40h后,提取虫体总RNA,再以RNA为模板进行RT-PCR反应。将数条成虫转入到新的NGM培养基上,产卵、孵化成为幼虫,产生的子代经过50h后,按照同样方法收集虫体,提取总RNA,进行RT-PCR反应。通过实验组和对照组RT-PCR结果的比较,证实了导入的基因产生了干扰效应,而且这种RNAi效应可以遗传给子代。