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转录因子Apontic(Apt)是一个bZIP蛋白,在果蝇胚胎的头、翅、心脏、气管、眼、神经系统等多种组织的发育过程中发挥关键性的作用。人的Apt同源蛋白Fibrinogen silencer-binding protein(FSBP)是一个癌症相关因子,能够影响人的肺、脑、心脏等多种组织的发育。在家蚕中,已知Bmapt能够通过调控表皮色素的合成来影响其在自然界中的色彩多样性,但Bmapt在其他组织中的功能研究还不清楚。 家蚕是鳞翅目昆虫的模式物种,它具有饮食结构单一,饲养周期较短,容易解剖,遗传资源丰富和研究历史悠久等特点;与果蝇相比,家蚕的结构比较简单,体型较大,容易进行实验操作。另外,随着家蚕基因组测序的完成,家蚕基因的功能研究将会取得更大的进展。因此,以家蚕为实验材料来研究基因的功能具有很大的发展前景。 本实验以家蚕为研究对象,分析了BmApt蛋白的结构和进化关系,利用免疫染色和RNA干涉等技术研究了其在家蚕神经、丝腺等组织的表达模式和与轴突导向因子Netrin、Frazzled的调控关系。主要结果如下: (1)BmApt的蛋白结构分析 以果蝇DmApt、家蚕BmApt和人HsFSBP蛋白序列为基础,使用DNASIS MAX Version 3.0软件进行序列比对,结果显示DmApt、BmApt和HsFSBP三者的Myc/SANT结构和碱性DNA结合结构域(basic DNA binding domain)的大部分序列是一致的,说明三者的这两个结构域是非常保守的。然而,对于亮氨酸拉链结构(Leucine zipper domain)与碱性DNA结合结构域之间的距离,家蚕BmApt要远于果蝇DmApt,这可能与碱性DNA结合结构域的结合能力有关。 (2)BmApt的进化分析 以NCBI数据库中家蚕BmApt及其它物种的同源蛋白序列为基础,使用MEGA5.05软件构建系统发育树,结果显示,家蚕BmApt蛋白序列与鳞翅目昆虫红珠凤蝶的在进化上更加接近,而与膜翅目、双翅目昆虫的遗传距离则稍远一些。 (3)BmApt抗体制备 根据NCBI数据库中查找到的家蚕Bmapt的CDS全长序列设计引物,通过PCR得到目的基因Bmapt。提取目的质粒构建重组表达载体pET28a-Bmapt,在BL21感受态细胞中原核表达得到目的融合蛋白,SDS-PAGE电泳结果显示融合蛋白以包涵体形式存在于细胞中。将纯化后的融合蛋白免疫兔子后,提取血清纯化得到多克隆抗体,用ELISA 和Western blot对抗体效价进行检测,结果显示抗原和抗体能够产生特异性结合反应。 (4)BmApt的组织表达模式分析 利用免疫染色技术,分别对家蚕不同发育期的神经和丝腺,5龄3天的幼虫大脑、气管和脂肪体进行BmApt抗体染色。结果显示,在家蚕的神经系统中,BmApt能够在20、21、22期胚胎的中枢神经和幼虫大脑表达,这表明BmApt与家蚕的神经系统发育有关;在气管和脂肪体组织中,BmApt能够在其细胞核表达,这说明BmApt能够影响家蚕的气管和脂肪体发育;在不同龄期的丝腺组织中,BmApt与Cyclin E在丝腺细胞中共定位,这些结果说明BmApt可能通过调控cyclin E来影响家蚕丝腺的发育。 (5)Bmapt siRNA干涉分析 以siRNA诱导的RNAi技术来研究Bmapt基因的功能。设计并合成两条Bmapt siRNA片段,溶解后混合稀释成50μM体系注射到家蚕的早期胚胎中,以通用引物NC siRNA注射的胚胎作为对照。结果显示,Bmapt在注射Bmapt siRNA的家蚕胚胎的神经细胞的表达明显少于对照,并且胚胎两边的轴突离中线的距离比对照更宽一些。这些数据表明Bmapt可能对家蚕的轴突导向有一定的吸引作用。利用荧光定量实验进一步验证,结果发现BmnetrinA、BmnetrinB和Bmfrazzled的相对表达量都明显降低,由此说明Bmapt通过激活BmnetrinA、BmnetrinB和Bmfrazzled的表达来调控神经系统的发育。