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  • 2022-06-16 12:40:24 发布

中华蜜蜂malvolio基因在内勤蜂和采集蜂中的表达与定位研究

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学位论文原创性声明本人郑重声明:所提交的学位论文,是在导师指导下,独立进行工作所取得的成果,本论文不包含研究。蘇文中已注明引用的内容外任何其他个人或集体已经发表或撰泻过的作品成果。对本文研究做出过重要贡献的个人和集体,均已在文中公明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。)一作者签為:^nI曰(亲笔左苗位年至]^学位论文版巧使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定。即学位论文的知识产权属山西农业大学;同意学校保留并向国家有关部口或机构送交论文的原件、复印件和电子版;允许论文被查阅和借阅;本人授权山西农业大学可"将学位论文的全部或部分内容编入有'<关数据库进行检索^〔,可乂采用影印、缩印或担描等复制手段保存、;编学位论文。作者签亲笔):如仅年^月厂7曰导师签名(亲笔2W女年会月(7日 资助项目""国家公益性行业(农业)科研专项蜜蜂授粉增产技术集成与示范项目编号:201203080()*ThisworkwassupportedbyrantsfromTheSecialFundforgp"Aro-ientifiResresgsccearchin化ePublicIntetNo.201203080() 缩略词表(Abbreviations)缩写英文名称中文名称IHJuvenilehormone保幼激素OAOctopamine章鱼胺MPGueen’smandibularglandheromoneQp蜂王信息素mNatura-rNraplresistanceassociatedmacrophageotein天然抗性相关巨嘘蛋白pTMTransmembranedomain跨膜结构域SLCllSolutecarrierfamil11y溶质转运蛋白家族HDCTlDivalentcationtransporter二价阳离子转运体cAMPCircleadeninemononucleotidePhoshate环腺囑吟单核昔酸po-IPSInsitol145trishosate肌醇三磯酸,,pphPKAProteinkinaseA蛋白激酶APKCProteinkinaseC蛋白激酶C 目录摘要1第一章前言221昆虫的取食斤为1.1昆虫的取食行为21.2影响昆虫取食的因素22蜜蜂的觅含行为32.1蜜蜂适应采集的特征32.2蜜蜂采集行为对授粉的作用33影响蜜蜂采集行为的因素43.1巢内外环境43.2激素43.3細5一4蜜蜂的觅食基因Ma/vo说64.1Mi/vo舶基因的结构特点64.2基因的功能75本研究的目的和内容85.1研究目的85.2研究内容8第二章基因编码蛋白的相似性分析91材料与方法91.1试验材料91.2分析方法92结果与分析92.1Acmvl与其它物种氨基酸序列的进化分析92.2Acmvl与其它物种氨基酸序列的结构相似性分析113職13414/mR15第吉章AjwvNA的组织表达差异性分析1材料与方法151.1试验材料151.2试验方法162结果与分析17 2.1各组织总RNA的提取及检测结果172.2标准曲线的建立182.3扩増动力学曲线及烙解动力学曲线18;2.4A7m/mRNA在内勤蜂、采蜜蜂和采粉蜂各组织的表达193论203.1关于基因在腹部表达的分析2003.2关于基因在胸部和足部表达的分析23.3关于Atmv/基因在头部表达的分析214小S21第四章内勤蜂和采集蜂各组织Acmvl蛋白的表达分析221材輯与方法221.1试验材料221.2试验方法232结果与分析252.1Acmvl多克隆抗体质量检测252.2内勤蜂26、采蜜蜂和采粉蜂各组织Acmvl蛋白的相对表达量分析3讨论273.1关于westernblot试验条件的优化273.2内参蛋白在腹部组织中无表达的分析273.3Acmvl蛋白在内勤蜂与采集蜂各组织的表达分析284小结28第五章中华蜜蜂脑部心cmv/mRNA的定位研究291#料施291.1试验材料291.2试验方法302结果与分析313舰314小S32全结论33参考文献34Abstract39附录41^£45 中华蜜蜂基因在内勤蜂和采集蜂中的表达与定位妍究摘要中华蜜蜂iscerawacmwia是原产于我国的优灸蜜蜂品种其授粉在维持我国生如,态系统平衡和现代化农业中的贡献不容小觀。蜜蜂的主要食祇来源为蜜粉源植物的花蜜和花粉而篇糖是花蜜中主要的糖成分之一,蜜蜂对蕉糖反应的差别影响其采集行为。,Ma/vo/沁基因已被化实影响果蛇的某糖反应,且该基因在西方蜜蜂头部的转录水平与其采集巧为相关。目前,该基因的研究多集中在果蛇上,蜜蜂中仅有关于西方蜜蜂头部组织mRNA表达水平的报道。因此,探究该基因在不同组织表达特征与定位研究可V乂为更好的了解中华蜜蜂采集行为提供理论参考。本研究在已获得cDNA序列的基础上,对其氨基酸序列与其當物种的同源序列进巧了比对分析采用Rea-oltimePCR技术和Westernbltin技术分别检测了内勤蜂、;g采蜜蜂和采粉蜂触角、头、胸、腹和足各组织中M口/vofto基因的mRNA和蛋白表达量,并分析了mRNA表达量与采集行为之间的关系;采用原位杂交技术在采集蜂脂中,对基因mRNA的表达进行了定位分析。结果如下:U)基于氨基酸序列构建的系统发育树结果显示,Acmvl氨基酸序列除与膜翅目露虫的M一较大分支外2alvolio氨基酸序列聚为与哺乳类动紙中人和小鼠的Nram聚为,p另一大分支Am白同源体的比对cmvl氨基酸序列与小鼠、果媽、躁母、水稻的Nr;ap蛋结果显示,Acmvl蛋白待合Nramp蛋白家族的结构特征,属于Nramp家族,且与Nrmnp2的相似性最高。,似A:wv/mRNA在内勤蜂、采蜜蜂和采粉蜂的触角、头、胸、腹和足5个部位组织内均有表达,但高表达于内勤蜂的胸部,采蜜蜂和采粉蜂的腹部和足部,表明该基因的表达差异影响采集巧为。3cl()Amv蛋白在内勤蜂和采集蜂的头部、胸部和足部均有表达,而在腹部几乎不表达一。同时内勤蜂中Acmvl蛋白在胸部表达最高这与mRNA的表达情况致,,;,采蜜蜂和采粉蜂中Acmvl蛋白均在头部表达最高且表达量均高于内勤蜂头部。,,(4)心wjv/mRNA表达于采集蜂腑部的草形体、视叶、触角叶的神经元细胞中。综上所述,本论文通过对中华蜜蜂心wv/基因在内勤蜂和采集蜂各组织mRNA和蛋白表达W及其在脑部的定位研究,揭示了该基因在各组织的表达特征与采集行为的关系为进一步了解蜜蜂的采集机制提供了理论参考。,关键词:中华蜜蜂;Jcwv/基因;mRNA表达;蛋白表达;原位杂交--1 第一章前言1昆虫的取食行为距今3.5亿年前,地球上就已经出现了昆虫,过了近2亿年,被子植物开始出现,二者一在漫长的岁月中相互作用,协同进化,形成了重要的植物昆虫生态系统,其中,1/2的屋虫W取食植物为生,昆虫取食行为对植物种子巧花粉的传播起到了极为重要的U作舟。1.1尾虫的取食行为昆虫的取食行为是指屋虫在接受内外信息后,由神经系统和肌肉系统作出的综合反一W应表现出摄取食物及与此相关的系列活动。由于食性的差异,不同种类的昆虫一在对食料植物采集时,会表现出定的选择性,但其取食行为的过程基本相似,其过程为:首先,通过视觉和嗅觉确定食物源所在的位置;接触到食物后,会利用味觉感受器对食物进行辨别和评价一;最后选择合适的食物。这过程受到其视觉、嗅觉、味觉感受器,W及神经系统的综合调控。1.2影响昆虫取食的因素1.2.1昆虫自身因素昆虫的取食行为与其自身的发育、生理及行为状态有关。挪也叶甲幼虫在1、2日-,取食量小、被取食叶片极少会形成病斑5龄时;而在3龄期时,被取食叶片会形成大面积病斑W。,造成叶片腐烂斜纹夜蛾幼虫解化后,最先接触到的食物即成为其W后偏W爱取食的食物。口器的分化是昆虫取食行为差异的一个典型的外在特征。昆虫的口器与其取食的食,如巧嚼式曰器适于取食固态食物物类型相适应,而刺吸式、虹吸式、甜吸式等口器适合于取食液体食物,嚼吸式口器兼具取食固态和液体食物的功能。1.2.2植物的性巧特征植物本身花的颜色和气味、花蜜、花粉W及次生产物都可作为吸引或驱避昆虫采集的因素。花色给传粉昆虫最直接的视觉刺激,不同的昆虫之所W被不同的花色吸引,是由于它们的视觉系统可W区分不同的吸收光谱,W致对花色形成不同的感受W。例如膜翅目蜜蜂对黄色、蓝色、白色敏感,而对红色不敏感;双翅目魄类对暗色、褐色或绿色敏感;-2- 鱗翅目蝶类对红色、紫色等鲜艳的色更敏感。'在漆黑的夜晚,某些屋虫也能访花,说明其在夜间主要是靠气味确定花的位置。花主要芳香型气味成分包含单荫和倍半荫,还有酶及简单的醇、爾、醋类等,有些花释放出令人厌恶的臭味一一。,其成分主要是胺类种花般包括其中1个或几个主要成分,昆虫能精确地识别其中特定的气味组分,蜜蜂能感受到至少28种成分组成的特定的向曰W葵气味。传粉昆虫访花的主要目的是为了获得花蜜或花粉花蜜中含有大量的糖,主要是旗糖、葡萄糖和果糖,不同的花蜜含量和种类不同。花蜜中的营养成分除糖外还有氨基酸、蛋白质和脂类物质,这些物质能满足传粉者对营养和能量的需求。然而,有的花蜜中含有生物碱和有机酸等一些有害成分。不同的昆虫对花蜜的糖浓度有不同的偏好,且主要糖的比例(旗糖的浓度)也与传粉者的采集行为相关W花的外部结构、形态等表型特征是昆虫访花的识别信号。取得花蜜的难易程度取。决于花形,尤其是蜜腺的位置筒状花的蜜腺较深,只有塚长的昆虫如蝶类才能取食其一,些皿状花植物中深藏的花蜜,蜜腺露于外面的蜂类也能利用其中,因而即使瞭较短的花蜜。植物在代谢过程中产生的一些短链的碳氨化合物及其衍生物植物等非花器挥发性W,虽然含量微小物质,但成分多样、易变化,也具有吸引或驱避的作用。2蜜蜂的觅食行为2.1蜜蜂适应采集的特征蜜蜂主要通过采集花蜜和花粉来满足其对能量和蛋白质的需求,并兼采集树胶、水和无机盐等。口器是蜜蜂采集的主要工具,在长期自然选择中,特化为既能适应于阻嚼tw工花粉,也能吸晚花蜜的嚼吸式日器。其中,蜂的吻较蜂王和雄蜂更为发达,无疑是一吸取花朵基部花蜜的种适应。一蜜蜂周身密被绒毛,长短疏密不,有的还有分叉,能粘带零散的花粉粒;足部进行了离度特化、、花粉巧和花粉售等结构,可W将绒毛上的花粉,形成了花粉刷花粉巧1U捜集到花粉售内形成花粉团带回蜂梨。2.2蜜蜂采集行为对授粉的作用自然界中可W传粉的昆虫主要来自半翅目、缕翅目、雜翅目、鱗翅目、双翅目和膜翅目一。其中由于不同昆虫的习性各不相同,它们在授粉时往往会表现出对些植物的偏爱性。Knu化在395种植物上共搜集到838种传粉屋虫,其中膜翅目43.7%,双翅目占-3- 〇26.4/〇,銷翅目占14.4%;而在膜翅目传粉昆虫中,55.7%的屋虫属于蜜蜂总祁气蜜蜂是一种理想的授粉昆虫,蜜蜂传紛可W大大提高作物和果实产量及品质,其授粉所带来的经济价值远髙于本身生产的蜂产品价值。Levin评估了129种依赖蜜蜂授粉作物的授粉经济价值,结果发现蜂类授粉为农作物产生的价值为189.6亿美元,约为蜂产品价值uit的。-143倍刘朋飞对20062008年间我国%种蜜蜂授粉农作物的授粉经济价值进行了评估,结果湿示,蜜蜂授粉的年均价值约为3042.20亿元,占到中国农业总产值的3影响蜜蜂采集行为的因素一蜜蜂作为种典型的社会性屋虫,其群体内部具有明确而细致的劳动分工,,其中-蜂王和雄蜂共同负责繁殖,而王蜂板据其生理日龄承担巢内外所有工作,13周,作为内勤蜂、保温赔卵及清理巢房等3,,在巢内饲嗯幼虫;周后成熟为采集蜂,开始出巢US1采集花粉、花蜜、树胶和水。工蜂由内勤蜂到采集蜂的行为转变受巢内外环境、激素水平、脑部化学物质和结构、tW脑部基因表达等多种因素影响。已测得蜜蜂头部几千个基因的表达与这种转变有关,而_Fora如巧(For)和Ma/vo化?(Mv/)是被认为是最可能影响蜜蜂的采集行为的基因3.1巢内外环境一。蜜蜂是种高度社会化的昆虫,群内个体通过独特的信息交流来维持巢内稳态蜜一蜂的采集行为很好的解释了这现象,,虽然蜜蜂采集勤奋但其采蜜积极性也与巢内的蜂子比(蜂群中工蜂与子脾的比值)有关,比值越大说明有更多的工蜂可W摆脱哺育负担,参加采蜜活动;比值越小,蜂群内幼虫和羽化幼蜂较多,由于工蜂具有很强的恋子fW性,所外出采集活动明显减少。花粉是幼虫发育的重要蛋白质来源,它们对花粉的需求也驱动了蜜蜂的采紛行为。fW另外,天气和蜜粉源条件的好坏也是影响蜜蜂采集的重要外在因素。3.2激素蜜蜂分泌的激素基本上可为内激素与外激素(信息素)。内激素为内分泌器官所分泌,借体液传递,影响各器官的机能,控制调节某些活动或代谢的过程,具有重要作用的主要为保幼激素(juvenilehormone,JH)与章鱼胺(octopamine,OA)等。外激素为特有腺体分泌到体外,能引起机体行为或生理变化的化学物质,蜜蜂最主要的外激素为u’蜂王信息素(geensmandibularlandheromone,QMP)。gp一JH是由昆虫的咽侧体合成分泌的种内激素。JH,其含量与其行为发育密切相关-4- 体内含量在1日龄最低,之后随着日龄的増大,其含量逐渐増高,至采集日龄达到最高PD]m值。Jassi的研究也发现JH滴度在蜜蜂开始采集行为前显著升高,而采集蜂血液中一JH滴度明虛高于内勤蜂,进步用JH或其类似物处理幼年工蜂后,幼虫会提前出巢采PU集。可见,JH与蜜蜂采集行为的启动有关。0A的分布及含量变化可(^|调节蜜蜂的采集行为。Harris等研究结果显示新羽化的西方蜜蜂中枢神经系统中0A含量显著低于普通成虫,说明不同生长阶段0A水平不同P3一。内勤蜂脑部触角叶OA水平明显低于采集蜂,进步口服OA会引起工蜂提早进行SMP’l采集活动,表明0A可能与内勤蜂向采集蜂的转变有关。JH与0A都会引起蜜蜂提早采集,但二者的作用又不尽相同。用JH类似物处理后,幼蜂(尤其是12日龄后)触角叶内0A水平显著升商;而用0A饲喂咽侧体切除的幼蜂后,蜂群中采集蜂的数量与正常咽侧体工蜂蜂群的采集蜂数量相等,且喂食0A的年幼工蜂相比于JH类似物会更快转变为采集蜂。因此,用影响蜜蜂采集行为的启动可能是通过提高脑部章鱼胺的水平来实现的二JH,但者也可能存在协同作用,因为同时用S一P1巧0A处理幼蜂比单独用种因素处理更能使幼蜂转变成采集蜂。P一。QM是由蜂王上颖腺分泌的种化学物质,主要包含五种成分它们在不同蜂群P0中影响工蜂对蜂王的反应。研究发现QMP可W推迟工蜂从内勤蜂到采集蜂的行为转变,Pankiw等研究发现,蜂王的出现W及蜂王分泌的QMP减慢了幼年工蜂的个体发育,延缓了工蜂由巢内工作到巢外采集的时间,经QMP处理过的工蜂JH水平降低,而JH7P^水平的升高与工蜂从巢内工作转到巢外工作有关。表明,QMP可能通过抑制?TH的产生来调节工蜂由内勤蜂到采集蜂的转化进程。3.3基因2006年,西方蜜蜂全基因姐序列的公布为蜜蜂基因和行为关系的研究提供了更为广阔的平台。蜜蜂具有依赖年龄进行采集分工的特点,这种行为变化被证实与脑部成千上’*万基因的表法相联系。目前,(戶er)、仍ra挪巧(仍)/)、Ma/vo&o(Mv/)等是关注度较商的与采集相关的基因。3.3.1化r基因在蜜蜂群体中,内勤蜂在巢内较为黑暗的环境下,进行与日节律无关的工作,而采集蜂在巢外进行与日夜节律密切相关的采集活动,这也显示蜜蜂的采集行为与日节律变化相关。化r是调控生理节律的高度保守的时钟基因。Toma等研究发现,蜜蜂Per基因mRNA化-的水平与其日龄相关,20日龄左右采集蜂头部的rmRNA表达量明显高于49一日龄的内勤蜂;在同日龄蜂群中,提早采集的蜜蜂头部的PermRNA表达量与正常开-5- PSlA始采集的蜜蜂无显著差异,这表明,脑部戶ermRN水平并不是严格随年龄变化。人为提供光照黑暗交替条件与持续黑暗条件巧比,蜜蜂脑部的化rmRNA表达量也无显著差异,表明化r基因的表达不是由外部光周期引起的与内源牲调控有关。,而3.3.2仍r基因For基因是在对果赃觅食的研究过程中首先发现的,随后在蜜蜂的研究中证明,仍r一基因编码个cGMP依赖的蛋白激酶G(PKG),采集蜂头部FormRNA和PKG水平口9]显著高于内勤蜂,且用cGMP饲喂幼龄蜜蜂,会引起其提早采集。Helen等研究了y-25日)ForFw基因在蜜蜂由内勤蜂转变为采集蜂时期(13mRNA的龄,蜜蜂头部表达,FormRNA表法量-结果显示,在1822日龄达到最离峰值,早于或晚于该日龄段,表达PW量均会降低,这表明仍r基因可能刺激了工蜂采集行为的转变。3.2.3Mv/基因基因是在筛选果蜗廉糖反应基因时发现的,后来发现可W通过影响蜜蜂的旗糖PU-反应来影响其采集行为。BenShahar等研究了西方蜜蜂采集蜂和内勤蜂头部Mv/2+G4/nmv/)基因的表达量,发现采集蜂高于内勤蜂且在食物中添加Mn,会引起年幼工P21蜂提早出巢采集,迭表明Mv/基因的确对蜜蜂的采集行为起着非常重要的作用,但该基因的具体功能(^(及影响采集行为的机制还不清楚。4一Malvol蜜蜂的觅食基因io4.1基因的结拘特点Rodrigues等克隆了果赃的Mv/基因,并发现其属于天然抗性相关巨睡蛋白(natural-削resistanceassociatedmacroaeroteinram。;phg,N)家族该家族的典型结构特点有pp-①具有12-10个跨膜结构域(TM),氨基和幾基端均位于胞内TM7TM8之间含有;②一一个糖基化的胞质外环状结8-TM9之间;③TM含有个转运蛋白特征结构域(CTM);P3-3④TM1TM8具有高度的保守性。利用Mv/cDNA探针在果魄脑部进行原位杂交,发现其表达于外周和中央神经系统、口1造血细胞],尤其是巨懂细胞中。但是,目前Mv/基因影响果贼味觉的机制还不清楚,而它与iVramp家族序列的窩度保守性可能为其功能的揭示提供思路。-6- L;Lumen'9,。3?鑽刪|禱M;,扩杏p'\_-PVCOOHNHg\J-1图1lNramp蛋白的跨膜结构示意图(引自Govoni,998)-ramro化nFig.11Schematicrepresentationof出emembraneassociatedarrangementoftheNppis4.2A/a/vo/Zo基因的功能N一ramp是个古老的膜整合转运蛋白家族,又称溶质转运家族11(solutecarrierfamily11,SLCll),在各物种间具有高度的保守性,且普遍具有二价金属离子转运功能34[]0,基因的定位研究显示,它主要表达于吞睡细胞中如巨略细胞和多核型白细胞PS’,可W调节哺郭动物对结核巧菌、布氏杆菌、沙口伤寒菌等胞内病原菌抵抗能力3W2+2+2+。后来,发现酵母耐0具有转运Mn、Zn、Fe离子的功能,iVram如作为二价金P71属离子转运体的功能才被发现。目前iVramp/,关于作为金属离子转运体來抵抗病原体侵染的机制还不清楚,当细菌被巨,主要有W下两种解释,①金属离子流入型机理隨细胞吞懂后TVram?/二价金属离子转运到巨嗟细胞,巨隨细胞膜上的/通过将胞质中的er-Wdss反应产生大量径自由基的吞随小体中,从而对巨隨细,这些金属离子通过H油tW胞中的细菌产生抑制作用②金属离子流出模型,细菌被巨礎细胞吞隨后形成吞隨小体后,巨随细胞会通过产生活性氧或氮的中间物来杀死细菌;而细菌会通过合成2+2+WFe或Mn等金届离子为辅酶活性氧清除系统来清除活性氧,而位于吞唆小体膜上的Wrawpi会竞争性的将金属离子从吞隨小体内腔转运到胞质,使细菌不能清除活性氧而死亡Gunshin等在研究爪赡卵母细胞中的铁摄取相关基因时,发现了二价阳离子转运体34[DC7】(divalentcationtr犯spoiler;7),也称为DM77。随后,Fleming等鉴定了Z)M77--7 一W与已发现的的序列致。iVmm的广泛表达于哺乳动物、植物、细菌、鱼类和果赃等的绝大部分组织和细胞中,哺乳动物中,该基因主要表达于十二指肠绒毛膜刷状34一[]缘处,是介导肠腔内非血红素铁转入肠细胞的唯转运体。具有宽范围的离2+2+2+2+2+2+2+子转运功能,可W转运Mn、Fe、Cu、Zn、Cd、Ni、Co等金属离子在2+2+果魄中,Mi/vo/沁影响果蜗味觉识别已有报道,并且通过在食物中添加Mn、Cu和2+474tFe’^可W恢复该症状,但关于该基因影响蜜蜂采集行为的报道还仅限于西方蜜蜂,rmv/基因的研究尚未见报道中华蜜蜂A。5本巧究的目的和内容5.1研究目的蜜蜂与植物经过长期的协同进化,是,具有突出的与传粉相适应的形态及生理特征最理想的授粉昆虫。蜜蜂传粉可W大大提高作物和果实产量及品质,其授粉所带来的经济价值远高于本身生产的蜂产品价值。蜜蜂授粉的过程也是采集的过程,因此对其采集行为的研究,有助于为蜜蜂授粉提供依据。我国本±的中华蜜蜂在采集方面具有西方蜜蜂不可比拟的优点,具体表现为,嗅觉灵敏、强善于发现分散蜜粉源;采集勤奋;抗寒49抗病为强fi,寒冷地区的早春开花植物只能依靠中蜂授粉。Pi47S’lPI目前,关于基因的研究大多W果魄为研究对象,,蜜蜂中的研究较少只有少数几篇关于西方蜜蜂的报道,而中华蜜蜂Mj/vo/Zo基因如mv/的研究尚未见报道。本文通过对基因编码蛋白的相似性分析,对该基因在内勤蜂和采集蜂各组织的mRNA与蛋白表达量进行了研究,并在脑部进行定位分析,W期深入了解中华蜜蜂的采集行为,为更好的利用和保护我国蜜蜂资源提供理论依据。5.2研究内容中华蜜蜂基因编码蛋白的相似性分析;中华蜜蜂的内勤蜂和采集蜂各组织灰wv/mRNA表达的差异性分析;中华蜜蜂的内勤蜂和采集蜂各组织Acmvl蛋白表达差异性分析;中华蜜蜂采集蜂脑部ATMv/mRNA的定位研究。-8- 第二章基因编码蛋白的相似性分祈本课题組已经通过克隆获得了中华蜜蜂心wv/cDNA的全长序列,并对其编码的氨一基酸序列进巧了初步的生物信息学分析。为了进步了解基因的功能,我们将该基因的氨基酸序列在不同物种间进巧了相似性分析,W期找到该基因的同源基因,为其功能研究提供理论参考。1材料与方法1.1试验材料本课题组己获得的^c/nv/基因的氨基酸序列及生物信息学分析结果。1.2分析方法U)在NCBI中将已获得的Armv/基因的氨基酸序列利用BLAST功能进行相似性比对分析。樹采用Mea.lg50软件对部分膜翅目昆虫及哺孰动物中与Acmv相似性较高的氨基酸序列构建系统发育树,进行亲缘性分析。--谢基于本课题组对该蛋白质的理化性质、信号肤、0糖基化位点、N糖基化位点、磯酸化位点及二级结构的预测结果,将Acmvl氨基酸序列与Cellier研究的天然抗性相a-assocd关巨睡蛋白Nram(nturaresistanceiatemacrohaeprotein,Nram)家族的氨基ppgpiwi酸序列结构进行比对分析。2结果与分析2.1Acmvl与其它物种氨基酸序列的进化分析NCBIBLAST-WV/将心wv/基因的氨基酸序列在中利用搜索后发现(表21),心’化基因与膜翅目蜜蜂科屋虫中的西方蜜蜂04如ywe//於ra)、大蜜蜂(如S成wsa)、:小蜜蜂(Apisorea)、Bombusima打ens)及切(Meachilewtunda化)Mah>oliofl熊蜂(p叶蜂q一>翅目昆虫、、S8%、89%86%基因的氮基酸序列致性最高,分别为99%99%和;与双’’W中的红火蚁(舶/ew地z>mcto)、丽蜗蛹集金小蜂(iVoso/waV化en/zb)、果魄(Z)mso/flqp却_pwe一T/awogoster)及冈比亚按蚊(如航ae)MWvoKo基因的氨基酸序列致性分别为77%、72%、70%和57%。如WV/基因与哺乳动物中大鼠和人中相似性较高的基因一afn为iVraw/?家族的iVhww如和iVra?jp2,其中与小鼠iVh如和的致性分别为--9 一56%和63%,与人iVra/MfJ和的致性分别为59%和的%。基因与真苗的相似性最低一,与酵母Smfl、SmC和Sm投的致性分别为30%、30%、20%。-cwv表21中华蜜蜂J/基因与其他物种的相似性分析Tab-le21SimilarityanalsisofAcmvlbetweenAisceranaceranaandotherspeciesyp物种相似基因一致性nk(%)GeneBa登录号s-昆虫大蜜蜂ApidorsataMalvoliolike99XP006616725巧方蠻蜂ApismeHifemMalvofio99XP00653114m-小蜜蜂如isfozMiM?化?like98XP00369445j-89XP熊峰巧ombusimpc抹eMaZvotiolik003485198[nseeach-切畔峰MqilerotwuiataAfo/vc诉olike86XP003708306纽火蚁Soienopsisi打victaMalvolio77XP0111巧272丽蛹蛹集金小蜂MalvoUo72XP001600967Nasoniavitripennis黑腹果觸MalvoUo70AAA825%Drosophilamelanogaster冈比亚按蚊DMTiNramp)57ABR88148Anophelesgambiae哺享商病^Nramp2?NP001139633MusmusculusNrampl56NP038640人Nramp263NP001167巧6HomosapiensNrampl59NP0005巧真畜EES#^NP014519SaccharomycescerevisiaeSmf230NP011917yiNP013134采用Mega5.0对中华蜜蜂Acmvl化及西方蜜蜂、大蜜蜂、小蜜峰、熊蜂、切叶蜂红火蚁、丽蜗蛹集金小蜂、赤拟谷盗、黑腹果赃、人和小鼠中与Acmvl相似的序列构建一2-系统发育树,如團2。进化,之树结果显示,中华蜜蜂先与西方蜜蜂聚为个小分支一,与其它膜翅目屋虫Malvolio构成个较大分支后,此分支由蜜蜂科、切叶蜂科、蚁科ram2聚一和小蜂总科4个亚支构成;而与脊椎动物中的小鼠和人Np为另大分支。--10 為化艇?則广抑《沉巧'T身鑛繳擊。燃鄉巧沒"?MLclr:ga……'—.qJ^星,?3^為終S觀irw^^-■-.-JftIm技y《婦孩a掛巧0S■Bo觀ito绿沒c输她塵—…JfiI於s進分如巧oww約护;a^—巧i|.<為資或询巧急''f繳嫁wmPIW巧擲滯乂蔚巧孩關-I—巧皮&增游嫁邊离凌嫁疑碑輪城去读巧該?著r.-* ̄' ̄'**' ̄? ̄*从然4城化^*?*^?* ̄*炙余1I患々|鄰?。.淀gi好麵巧《I0離图2-1基于中华蜜靖与其他物种Maoliolv氨基酸序列所构建的系统发育树F-ig.21PhylogenetictreebasedonaminoacidseqxxencesofMalvoliofromApisceranaceranaandotherspecies注-:系统发育树采用邻接法(NeighborJoining,NJ)进行了1000次重复构建,树枝度代表遗传距离,进化树分支上的数值Booststrap代表1000次絕环检验时的置信度。Nl-iwote:Phoenetctreewasconstructedbneihboroininith1000relicationsbranchlenthoftreereresraitedtheygy,gjgpgpdistanceofevolution良ootstrasuortvalu货%)basedon1000relicateswereindicated.,ppp(pcmv一本课题组利用生物信息学软件分析了Al氨基酸些结构特点,得到的结果为;①该蛋白编码587个氨基酸,分子量为65.86KD,理论等电点(pi)为6.03,包含20种常见氛基酸.1.6%)s1.),其中He(107%)含量最高,其次为Leu(0,Cy(0%含量最低,带负电氨基酸残基数(Asp+G山)为44,带正电氨基酸残基数(Arg+Lys)为39。i3②该蛋白无信号肤-20(Se,存在11个跨膜结构域(图22)f;分别具有个糖基化位点6"3213353""258〇913’’’’’’巧化’和tV)、7个N糖基化位点(Asn)和14个磯酸化位点(8货1巧2的拍5!25?78124232〇564,,,,巡,,,,,二级和如)。③结构预测,a螺旋化elix)、P折叠(strand)和环-。(loop)的比例分别是58.43%、1.53%和40.03%(图22)2.2Acmvl与其它物种氯基酸序列的结构相似性分析将Acmvl氨基酸序列与Ce995)证rampllier(1实的关于小鼠、果购、水稻及酵母N家族同源体的氨基酸序列进行比对,并结合已预测的Acmvl氨基酸序列的结构进行相似性分析-,结果如图24所示。可见中华蜜蜂Acmvl与Nramp家族同源体在跨膜区(transembranedominTM)、、Transmotif)ma,跨膜区所带电荷转运蛋白特征结构域(port!^^及氨基酸序列上都具有高度的保守性。序列结构相似性具体表现为:@运用PSIPREDcmv-软件预测Al氨基酸序列具有11个跨膜结构(图23)。这与Nramp家族普遍具有一^1012个跨膜结构特点致二者;②在跨膜区及跨膜区带电残基上具有商度保留性,TM1、4、6、10保守性最赢TM8、11、12保守性最差;在TM1、3、4、5、7中含有--11 ---TMTMl-、、8带负电的保守性残基,6和9中包含带正电的保守性残基2、23349;③oo且在TM?avo间的lp区也高度保守的,8TM9之间,ACMVL与小Nrampl和Mllio在T一Amv转运蛋白特征的结构域(ransportmotif)上仅有个氨基酸不同;④cl蛋白与NTM?TM-ram蛋白家族在78之间1p,均含有个N糖基化的胞质外环状结构。I爹画》|,貧蜘884幽,t姊巧.辣i滕齡泌纖麵㈱細^晴唯师Ip綠筆麵難曲,漆両禱縛細占'AA>-.VS!‘与;I酿験編II读觀々》MH巧S穿苗g泣与J:城讀齡麵激M鈴賴絲I議陵In約紛絲tmi齡磯漏lHIiS紛穿i加I巧齡,…;.?、94,4,T^■?*巧.*,车StS!i:、■-K.:;i;;?v:?W》S;典;:去,:K;>:VCVs'V',,魚成.、、,?■■S;.-4'一,a^iWNI巧巧城巧巧穿詞游請MMMNNi.ifPW子!齡汹进獅幾S獲111脚薦穿義錄3'把姊i鶏闻I'■-rw*r出《",t:Jf作fi'?.‘S知《!)S,.巧N把私;a';卓;,:1盛翻画棋念i§Il滅1龄^適幽賴議㈱I賴輸..i*!^龍編3#邏!幽1幽燃齡钻效1曝雌^編細幽娜?''>占护告巧■啤?功的中^…:-知如>祖獅一:巧f食繫f尹至.‘.。齡y.*w:,:-^5:V取-巧wa7','f ̄?一:咨*‘,.>’'S,S);?"、产再■::::巧嚇'、HMMmM關撫物寒燃繊翻觸脚煤爲ii期廢,一?。扔"?、………一'',,'’><^^^=?^*糾'。r丰巧5,,^^请■'…'"■?'—'一'.。'?—。?'"'。'…?—…、,*.;,'、《,,,户巧占户旅议、.磁,',知如似.心棋孤W沁i龙…,护齡.拍巧W巧。:*S?W;於&*;:.少*,*?如,:1:i,:為兴。一‘,,‘?抑I渐东赫獅'MMMm《齡津據画齡幽赛鋪汝約煤雞",一-:心r'::::弟,:■&.-'V畔古,H占'、口.Ji:,??宾Jg鲜巧心YVW巧£■<?巧'-綠‘mmMS料ISa,a?9U4ii紙料蝴獻换松*妨M賺化*的IlMlI制N料锅piMH媒紛M'护與、>和。…、.。1祭<f巧S?、巧,A?**,如龄*."<…一一一巧'?;,"巧家。f。-:.、。;::.>:,j?療口;.…"rI'V:一?图2-2巧IPRED软件预测的Acmvl蛋白二级结构Fi-g.22Predictionof化esecondarystructureofAcmvlroteinbPSIPREDpy-换,撫w惦s;^.私\:锭代I\\、f\f\i/\/j麗湿II;誦■誦I‘羅‘'■iMBI‘'J.I,:巧-I冬雪11講画義編91-了—"^''■誦Il麵’:t7I!55ffi\!\/\Ji/VJV-聯巧如i!础的;叫\*泌?齡2-3适过PS圧REDcmv图软件分析的中华蜜蜂Al跨膜螺旋结构示意图巧-modeg.23SchematiclofAcmvlincera"。cem。。byPSIPRED注--:SlSn代表不同的跨膜区。Note:SlSllrepresent化ediferenttransmembranedomain.--12 .?i.,化,sRAMflu就…齡B…:巧故,r:::巧:取;加:^:巧:5xg《-'^HALVOUCHS)J2Ar^BS!!^l0^3t;FJG33n3t:U3S3;lH^:::£rTVl:S;.A:*A^?5?E;J^CQ;:S/VLID^:3::;V^FS?J|l:A?:Fl;5S:M:?:£5iy;.UOJ?’.—.’‘,?,..",,:’.-…,二巧綱罢二,,?;:文趴VA;:TKV,TlSA:2^?。;::-?:二?S:::;;6曼湿.*、.'"说矜,..,.wu一、K试5二-巧饼u巧尤s:r前二5:;cALrrr"..■?:;二_二;、:?吉;:e巧:丢:*:、^1||^s巧湿。:結9宙!-‘,'-;城n.紙带巧巧碱的;心5£;?巧?;二5£r.f£I?心:?二s:£;F技,5rf?二3-s:;巧巧二1/^^r.cTA:l:.S1a^^5!hJ0-占C’閱me-’lDTL3ni:CS7V7::JHC5!:E;;:^::EKEr5T^l:?!ir,N:A:n:HI?-.Er£:LFf3.?LH^Tp:::'於::E;?S£!SSY:SB2E52:A。:;苗0|:4?I"'''?^cPnrm-.""...巧2*7端^1心-;沁,.化邱-1:鄭?7巧;*占:77‘.^:^::;.1-优7|?:2?‘可心:巧C1¥;巧本宅8毛6它毛巧名巧誓S§巧巧5备;巫’-,---成巧.Lvv--:、‘::;,T:v:iv5::-;iLs:;pvn::;c:.::\:..aj^::::;,::.:r.rr^r:::g:imnnm:5?20gj|[J||^---'站■?■-'':巧L!0:IV.;rT:<v:..0n!!.:.;Pf?:.F:iSYjI?J:;;::!?.fciJrU;;E.-:;V-y.:y\\V:J::tZ?:?l¥lZKYG:hi214jpgIgj\^gf?..'-’’::’-。滅:v‘::::;,二:-:献巧i?二,‘-KT-K.rr?.,J:,‘iL:、:?:::;s:,了;::3;-r巧..S-:,'U-二^chit6s;j-畫^涯ミg^j!-‘’.-,'斌巧s:'A二-吉占 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̄#‘八:-,"0微矣城?;巧;;:二;::冷:;:;巧s;.巧?’-;!:s;《考::r;f?rj>,H齡|證3巧'?.,',‘微?之;仪5£:二資.占1复UUn驗--记;511:〇::或;..S麥仪::扣獻5T。:T愛333-就fi^?SF:-i:;;|:?x:yiH\E:::::ri:r:;,::V7A3S:YF<nr|IKSE.::::>rJj?M^?KS:T:Fy:AO.I£|5若靡-J-1;乏.-.献HVL己’’^-'--;二1二75^:/^‘:范只打7献扣[立八:通_打;:!二二犯;...‘?打;::。7-乱:1:5:忘^豪聊…船;邮〇兰T广——巧巧f杯了M8^Transortmtifpo-.触細1,LS鮮;e;心狀:货?.:神巧三重;:…。;;>!,7之:二:ft屯法以;;31禮J3;芭?雕冷:端r:肛巧巧52--I夺带''-.-''...?‘>双鉛巧f‘:记Fv泣‘IL:S:_Ll3L?r近?进;2:扣?:?>:3:二V:_:.CS:2?M打nG.KVAir、so9C?r^^:_...^j^i-、|[LVCUG’-.;咨F.:妨。?K:—f:19巧3巧£:7獻v姆LA‘:於:£化U’W.::Sr巧?42?j’j'pj|备’‘’‘?--.‘-、.''::巧;、-;,二V::;;二-代扫3滞城於?《卢;-:一.占;之;-:;;.八1:-,:!:;:.別况<;?:;二;受呂取铺;:::;巧r巧巧;巧K。捷斯n巧巧5言|..jj’"含|备齡。.‘'媒沁r..S2、'':-;;A巧5滿皆、:於:*、、:.-瓜SA:?:3讯<;8::巧化乏01?j若pI[-’—..P^-如二阶:-.;8追'触n._屈:二7。::放:化趴1:;成v-LS::7;::£、':|ir:rr扣£齡巧:;品巧斯.:V2SC:S5说:¥2t歷屯:;^!’‘一'紛识、?’I船恥::法巧7占:;.’、巧:::v3;二::化:二二:齡专2£前二-1^龙亦S乃!城3■ ̄^^??丽Ti0TOio‘-織繳M"-I诚饼:rf:r;二TRr相,三5H巧■占二:iJ占5H::;Frf式巧It二;/.533忌3g二.’瞄^巧二^:T’:?巧二::;1;]二-巧:1:[巧S巧.打■巧二:二31T丢。r_二:。[MS.V巧妄的H&LV0UQ*486'|0S猶挪V-,巧^?vViY:TV<^8r'lIS::?KClT:Y:r:P^ir、?5!E-ViV,;iKV.T;3:n》;nUCS£^5三'‘■、、S■';,&PAJ?化S;CM、Vr;L;i:\;;2L:;、巧;C:5巧;5UJ^rSKrH別今L’-??斌n丢。,-、巧rv?:v.巧:;:K':TV‘;:VKSLN,,扣:VU?::nL.;;2;j:r3'巧忌■’’n,ACHVL《::?二—;T:^!.,:3::料:二5TT:规;巧:-。:试滞L??《T2:,rSI?:■公说?;巧S进喊巧Z<芒觸%則。。E;5挑—'...———II"I1"。。。。…|々TM12图24Acmvl与Nramp家族6个同源体的氨基酸序列比较分祈巧护2 ̄4AlimenofmnoacuencesAgtaiidseqbetweencmvland6holomogueofNramp注:图中各序列的Gen浊ank登录号为NrampHL13732),Nramp2(L33415),Osnrampl(L41217),Smfl(P%%5),Sm巧(P38778)和Malvolio(U23948)。黒色阴影表示保守性极高的残基位点色阴難表示保守性较窩的残基位点:;灰缺失位点由点代替。方框内为跨膜区序列,箭头方向表示膜内,下划线表示糖基化位点,灰色阴影区表示转运蛋白结构域,?表示该列有至少4/7的残基带正电荷。,□表示该列有至少4/7的残基带负电荷No化:TheaccessionnumberofsequencesinfiureareNranilLl;37^)Nrani2L;33415Osnramgp,(),lL41217(pp(),Smfl%925Smf2P%778andl]i.巧),()Mavoo(U23948)Id畑ticalami打0acidsareshadedinbla浊aminoacidswithhigher;idenretitare油adedingandaii.Ty;sarendcatedbdotsheutativeTMreionsareshowninellowboxblidygpypyneowngya化esequenceswhichincludes化eorientationrelative化化emembrane(arrowhead,In).Putativeglycosylationsi化sareundernd-linedatheutativetransortifre.v谢motioniscoloredreChar拱sconservedi打atleast仿uroftheseseencesppggyquare?+-markedin()and□.()3讨论序列比对是生物学分析的基础一,通过对两条或多条序列在计算机中运用定的算法进行联配-,发现序列间的相似性,并推测其同源关系。基于NeedlemanWuns沈算法形--13 成的BLAST软件是目前最常用的序列比对软件。利用BLAST序列比对工具可W将未知的目的序列一(核昔酸序列或蛋白序列)根据序列相似性或致性与NCBI数据库中的已知序列进行匹配,从而获得未知序列的结构或功能相关的信息。本研究将Acmvl氨基酸序列在NCBI中利用BLAST工具比对后发现,该序列与双翅目的冈比亚按蚊、哺郭’动物的人和小鼠的Nramp家族同源体有较商的相似性。而果魄的Ma/w/to基因,化及酵母PU的讯诉、讯於和讯诉基因业已被证明属于iV心家族。系统发育树结果显示,Acmv一l除与膜翅目昆虫的Malvolio聚为支夕h与哺乳类动物中人和小鼠的Nrampl和2聚为另一一Nramp个大分克且序列致性分别为59%和63%,这表明中华蜜蜂Acmvl与哺乳动物Nr一amp蛋白在进化中都非常保守,可能源于个共同的祖先。因此,Acmvl作为果魄的同源基因,可能也属于Wra/nf家族。Cellier将小鼠(Nratnpl和Nramp2)、植物(Osnrampl)、果蛹(Malvolio)、酵母(Smfl和Sm£2)的Nramp家族同源体的氨基酸进行比对分析,总结出了Nramp家族P01的结构特征。而本研究通过对Acmvl氨基酸序列与上述6个Nramp家族同源体的序列比对结果显示,Acmvl氨基酸序列符合Nramp蛋白家族的结构特点,属于Nramp家族。自1991年,在小鼠中发现iVra/Mp家族后,该家族基因已在植物、真菌及细菌中得W克隆-i。在不同的物种中,该家族成员具有13个不等,如,哺乳动物和线虫中Vra/np、家族有2个成员,酿酒酵母中已发现了Mwh;?家族的3个同源体,而冈比亚按蚊淡色按蚊一PU、埃及伊蚊、果赃及西方蜜蜂中仅发现个基因。对其定位及功能研究表明,哺乳动物iV>wnpi基因主要在巨睡细胞中表达,可W通过转运二价金属离子来抵PS抗分支巧菌及沙口氏杆茵的感染;主要表达于小肠和十二指肠上皮细胞的绒2+毛膜刷状缘处一,是介导麻腔内Fe转入肠细胞的唯转运体4小结基于Acmvl氨基酸序列相似性所构建的进化树及其与Nramp蛋白家族的氨基酸序列比对分析表明,Acmvl与Nramp基因家族在进化上具有高度的保守性,属于Nrampra2的同源基因。此外/基因家族,且可能为Nmp,心wv基因作为Wramp家族的同源体可能具有相同或相似的金属离子转运功能。-4-1 第三章v4cwv/mRNA的组织表达差异性分析一蜜蜂作为种典型的社会性昆虫,其群体内部具有明确而细致的劳动分工。其中,蜂王和雄蜂共同负责繁殖-,而工蜂根据其生理日龄承担巢内外所有工作,13周,作为内勤蜂,在巢内饲喂幼虫、保温解卵及清理巢房等;3周后,成熟为采集蜂,开始出巢采集花粉、花蜜、树胶和水。本研究对Acmvl基因在内勤蜂和采集蜂各组织转录水平的一研究旨在了解该基因的组织表达将征,为采集行为的研究提供定的理论依据。1材抖与方法1.1试验材料1.1.1样本采集试验所用的蜜蜂样本采自山西农业大学动物科技学院实验蜂场饲养的中华蜜蜂蜂群。一选取群健康无病、群势6足框、无自然分蜂的正常蜂群作为试验蜂群。先从该蜂‘一C的、群中取出个老熟的封盖子脾,置于34.5恒温恒湿箱中,待其羽化出房后,用无毒无味的油漆在其胸背部标记工蜂200只后,放回原蜂群中。然后,于标记日起的第7日-n点蜜蜂采集商峰期上午9,在巢口口采粉蜂和采蜜蜂的回巢蜜蜂各100只,之后,打开蜂箱取标记的蜜蜂(内勤蜂)100只。在冰上分别按触角、头、胸、腹、足5个部-C位取下,并分别搜集,用锡猶纸包好后巧入液氮速冻,8(T保存备用。U.2主要化器本试验所用的主要仪器有:超低温冰箱FORMA700SERIES美国真空干燥箱E2-10.DZF6210中国广东-超净工作台BCM1000苏州(安泰)-核酸蛋白测定仪ND1000美国(Nanodrop)-90纖祸振荡仪QL1江苏(海口)凝胶成像系统美国(伯乐)实时炎光定量PCR仪MX3000P美国(Strataene)g制冰机SIM-F124日本SANYO移液枪德国(Eppendorf)梯度基因PCR扩增仅ABIVeriti96pcr仪美国(ABI)一电泳仪DYY-3北京(六)1丄3主要试剂Trizol、反转录试剂盒(PrimeScriptTMRTMasterMixPerfectRealTime)、实时巧光--15 YBR?APCR试PremixExTaII)口KaRa公司。D邸C、定量剂盒(Sq及进枪头均购自Ta固相RNase清除剂等常规试剂均购自武汉博±德生物公司。1.2试验方法1.2.1总RNA的提取’从-80C冰箱内取出已分离好的分别由010只内勤蜂、采蜜蜂和采粉蜂各自不同部位组织(触角、头、胸、腹和足)组成的混合样品,参照invitrogen公司的Trizol说明书进行各组织总RNA提取:,步骤见附录1cD一链的合成1.2.3NA第提取的各组织总RNA,按照Prim始cript?RTMasterMixPerfectRealTime反转录试cDme?RTter剂盒说明书进行反转录NA的合成。反转录体系为20咕,其中5xPriMasMix为4jiL,总RNA量为1000ng(每10曲体系,可反转录RNAS500ng),最后用’°RNaseFree(1地2〇补足。反转录程序为:37C15min,85C5s。1.2.4引物设计与合成根据NCBI网站上已公布的西方蜜蜂mRNA序列(登录号;XM623943),_mermer--采用Pri3lus在线软件结合NCBI网站上Priblast设计特异性引物(见表31),p由华大基因生物公司合成。表3-1目的基因和内参基因引物序列-rmeruencesf-Table31Piedhoukeeinseqotargtansepgenesg1'基因引物序列—(53)退火溫度尸C产物长度/bpGenePrimerseuencesAnnealintemeraturelenthqgpgForward:TGTCCTGCATACGTTCCTGACTAAcmvl58100ReverseTTCTCGGTTGTGCATTTGGTGC:Forward:CCCGTAATCGGAATGAGTACACTTT1化rRNA58121Reverse:ACGCTATTGGAGCTGGAATTACC1a-.2.5ReltimePCR反应体系及条件优化先用反转录的cDNA模板对内参基因和目的基因引物进行普通PCR检测>,1^1便筛选出引物的最佳退火温度一cDNA。然后MX3000P炎光定量仪上再进,在步确定适合的。Rea-mR反应模板浓度和引物退火温度最后,针对各组织样品进行ltiePC,检测相应引物的扩増烙解曲线、目的基因和内参基因的扩增效率。适合的反应条件为:总反应体系20咕,包搞cDNA模版2咕,SYBRPremixEx?Taq^(2x)10^lL,上、下游引物(10^lM)分别为0スnL,民OXRef班enceDyeII(50x)°,’0.4nL,ddH2〇6nL。扩増条件为:95C预变性30s;95C变性5s,63C退火及延伸30-16- S,40个循环。每个样本重复3次。根据标准曲线及扩増曲线Ct值计算结果。12..6标准曲线的制作将cDNA模板按照2倍稀释8个浓度梯度。然后,根据优化的试验条件,进行Rea-MXP-3000PltimePC民反应。由rpMX软件导出曲线方程、扩增效率及决定系数,分析目的基因和内参基因的扩増效率。1.2.7目的基因的相对定量分析本试验分别对内勤蜂(7日龄)、采蜜蜂及采粉蜂的触角、头、胸、腹和足5个部位组织,共15个样本进行了巧光定量PCR反应。其中,每个样本的目的基因和内参基因一各做3个技术重复,每次试验均设有同对照组。1.2.8数据处理与结果分祈通过分析目的基因和内参基因的标准曲线-且,证实二者的扩增效率在90%110%,52A&ET][相对偏差接近5%,即符合法运算条件。可W采用2法计算Acmvl基因相对18SRNA的相对表达量。运用SPASS17.0中的单因素ANOVA方法进行方差分析,并选用新复极差法进行多重比较。2结果与分析2.1各组织总RNA的提取及检测结果RNA?用核酸蛋白测定仪检测各组织中提取的总OD260/280均在1.82.0之,发现其3-间,属于合格的RNA。1%的琼脂糖凝胶电泳电泳检测结果显示(图1)28SrRNA和18SrRNA及5SrRNA的电泳条带均清晰可见,且无明显拖尾现象,说明所提取的RNA样品较为完整一,可W进行下步试验。3-图1中华蜜蜂各组织总RNA的电泳检测图F-Rii.31esultsoftotalRNAfromdfferenttissueofc.ceranag注:M为DL2000Marker。MisDL2000Marker.--17 2.2标准曲线的建立23-2=),0本试验目的基因和内参基因掠准曲线结果显示(图目的基因的R.999,内2=--参基因18S的R0.996,且二者的斜率分别为3.644和3.354,表明基因Q值和起始cDNA浓度之间具有良好的线性关系,符合相对定量要求。而瓜wW基因和18S的扩增&An'效率分别为88.1%和98.7,接近理想PCR反应。可W采巧r法进行相对定量结果分C=C-AAC-AC)姐。析(注:Ati目C[,fAOra验;(撤坦)p的細t的細t9参細tf雜帽|!i禱幽ill藝|::壞肴前简積,:觸賊鳴5静琴f補I禱觀!麵S||謙職專|圓‘':亩斬易^麵攀读奪蠢礁讀g誦茜豁部是赛!軒議幽售纖谭姻瞬審蠕I議...^—.—....—...一-iIf中生sr;v;wib咕t古—_____一______图3-2^cwW和SrRNA的标准曲线18-FirRNAg.32Standardcurveof心wiv/and18S23护增动力学曲线及炼解劝力学曲线PCR技术一根据相对巧光定量的试验要求,试验必须设置H个水平的校正,是物理校正,即通过添ROX来校正各PCR反应管间的误差;二是重复校正,即要求至少S个化i:的生物重复;呈是内参基因校正,用W校正取样时存在的误差。本试验W18S为内参一基卸个泡合样本、三个技术重复同时进行先wW基因和18S的定量扩增,扩增结果显示’’3-3(图),目的基因和内参基因扩增曲线的拐点清晰基线平直,可型曲线良好。猜吕:^I1.#['^?■'^■*...*::..H?■■■?■t"^^Ri^*?ifi^B呼S备去吝?fi ̄:■:::;::;;^;i,.^;;;;i1;^;jyIIII■卓.‘',■-?■■:,;1■:'::?‘?■!■,<i-。■■■?...?—-.一——r?n?―,——I图3-3灰WV/和ISSrRNA的扩增动力学曲线-1RNAFi.33Amlicaionlotsof心Twv/a打d8Srgptp--18 样品基因和ISSrRNA的扩增产物溶解曲线结果湿示3-(图4),目的和内参基因的扩增产物擦解曲线均为单峰,说明PCR扩增过程中无非特异性扩増产物及引物二聚体(图示结果为横坐标为温度,级坐标为巧光信号强度变化关于温度的负导数)。kI,.'...,f:.…..'L-.?■-’‘:.?V參:LV—--.--.-—-,rinnrTnrrTrmm「,t|Jng"i"iMi"iiiiimiMiJI)iiJIiUiJJIlulimilUJ||)lJ矜,.图3-4^cwW和J&Sr民NA的扩增溶解曲线-Fi.34DissocitioncurvesofAcmvlrgand18SRNA2.4ATwWmRNA在内勤蜂、采蜜蜂和采粉蜂各组织的表达通过实时炎光定量PCR分析了基因在中华蜜蜂内勤蜂、采蜜蜂和采粉蜂的5个不同部位组织(触角-、头、胸、腹和足)mRNA的表达差异,结果表明(图35),基因在内勤蜂及采集蜂的各组织均有表达。内勤蜂中,胸部表达量最高(7.471),显著高于其它部位組织(户<0.05),其次为头部(3.691),再次为足部(1.228)和腹部(1.126),但二者间差异不显著,最低为触角(0.444)采蜜蜂中,腹部(2.956);和足部(2.759)表达量最高,与其它部位组织差异显著(户<〇.〇5),头部次之(1.607),触角(0.512)和胸部(化607)表达量最低,且二者间差异不最著粉蜂中;采,腹部表达最髙(4.225),显著高于其它组织(戶<0.05),足部(2.266)次么其次是胸部(1.061)和触角(1.000),且二者间差异不显著,头部表达量最低(0.593)。--19 10-|£-,;;?二。内巾?!!阶Nurse'aCH053义皆站巧Ne'8tarIura护r-M ̄厂1B圍IM那>胖Pollenr〇raye.i製6-I圓Ib囊S4-i#b1圓I,圍I旨島______。^!筆璋擊与I与草j學音華擊_擊^'Ah■..?>AlllieIl!,<AlUThUAII.Il.庐1lm八hn>AhL1幻I"Iissues3-5图^cwv/在中华蜜峰不同组织的表达量Fi-m.35Exressionlevelof^c/nv/derentssuesofsceranaceranaworgpifftiApik巧注:An:触角Ant畑na;He:头H閒dTh:獅ThoraxwithwinA;.;师翅);b腹AbdomenLe:足Le图中数据为(g);g平均值±标准误,柱上小同的小写字母表巧差异盈著(户<0.05,单因素方差分析)Dataweremean±SE.Diferentlettersrence-above.barsindicatesin巧cantdifeat化e005levelOneANOVAri.g(wayvaanceanalysis)3讨论3.1关于_4cwW基因在腹部表达的分析广泛表达于各组织和细胞内,具有宽范围的离子转运功能,可W转运打产、22+2+2+2+2+2+[巧"45MnCZn’’A]\Mg、o、、Cd、Ni和Pb等二价金属离子。哺乳动物中,W2+rcmzpj主要表达于小肠和十二指肠上皮细胞的绒毛膜刷状缘处,是介导肠腔内Fe转一fW入肠细胞的唯转运体。果蜘中脑、马氏管、性腺、胚胎羊浆膜及幼虫和成虫的消化道也检测到2+Mfl/w献基因的表达,其中在中肠前端和后端肠细胞内的的表达可能与FewitB离子的吸收转运相关。etedi等通过金属含量测定实验,发现Ma/vo化?基因主要影响果颇体内铁平衡,且果蜗体内的多铜氧化酶mc〇3可能具有类似哺乳动物亚铁氧化酶2+3+的功能,即能够将肠细胞吸收的外源性Fe氧化为Fe排放到血液循环系统供给全身各处这提示在内勤蜂、采蜜蜂和采粉峰腹部的表达差异可能与腹部肠细胞转运2+2+2+2+Mn、Cu和Fe有关,尤其是Fe。3.2关于^曰所以基因在胸部和足部表达的分析,且可W转运多种二价金属离子基于在体内广泛分布,在不同组织可能行使不通的功能。王海涛等发现游泳训练组大鼠通过上调脾脑肌细胞膜上DMT1(属于Nramp蛋白家族,又称为Nramp2)和TfRl(转铁蛋白受体),进而向肌细胞内2+5SF12+i转运更多e来满足运动的需教。这表明Vra/n批可W通过转运Fe参与了肌肉运动,而蜜蜂的胸部和足部含有大量肌肉组织,所1^^髙表达于内勤蜂胸部和采集蜂足部2+也可能与转运Fe参与肌肉运动有关。-20- 3.3关于基因在头部表达的分析B-enShahar等采用原位杂交技术检测到表达于西方蜜蜂脑部的葦形体、触角叶和合管下神经节蜜蜂的采集过程也是一个对喜欢或厌恶的条件刺激进行学习记忆一一的过程,而多己胺和,糖对蜜蜂来说是种奖励刺激,而盐是蜜蜂不喜欢的种刺激pq0A在蜜蜂和果蜗奖励或惩罚的学习记忆中扮演着重要的角色。研究表明,多臣胺受到脑内掌形体和食管下神经节的支配0A在触角叶中的功能也可能与蜜蜂的采集行2+2+2+W748’l为相关加之,早有Mn、Fe和Cu影响果赃味觉识别的报道。因此,灰mv/2+2+在头部的功能可能是通过转运Mn、Fe和打产参与多己胺及0A通路来影响蜜蜂庶糖反应进而影响其采集行为的。。本研究结果显示,,采,在头部表达量为内勤蜂最窩粉蜂最低,采蜜蜂居中-Shahar等在西方蜜蜂头部表达量内勤蜂最低这与Ben,采粉蜂最高,采蜜蜂居中的结果P2一巧致。Ben-Shahar所取的采蜜。送可能与蜂种及采样群当时所处的巢内外环境有关蜂和采粉蜂均大于3周龄,而本研究是根据行为特征而随机取的采蜜蜂和采粉蜂,未考一。虑其日龄因素,样品中可能包含有提早采集和过老的采集蜂而另个与采集行为相关For基因化-22日龄达到最高,早于或晚于该日龄段,表的在西方蜜蜂头部表达量为,wti达量均会降低。这提示Mv/与Fw同样作为与果魄觅食相关的基因,其对采集行为的影响也可能随日龄变化,在早熟和过老的采集蜂头部表达量较低。刘芳对意大利蜜蜂哺育蜂和采集蜂头部mRNA高通量测序的结果显示,For基因表达量在哺育蜂头部高于采集蜂且差异不显著WI。因此,还,采集行为除受调控外会受到峰群结构及外界蜜一粉源环境等因素的影响。所W有关对中华蜜蜂采集行为的影响还有待进步研究。4小结本试验对Armv/基因在中华蜜蜂内勤蜂、采蜜蜂和采粉蜂触角、头部、胸部、腹部和足部5个部位组织的mRNA表法进行了定量分析,结果显示,基因鳥表达于内勤蜂胸部、采蜜蜂和采粉蜂的腹部和足部,这表明该基因表达的差异影响采集行为。由2+2+2+于为JVrwwp家族的成员,且具有转运Cu、Mn和Fe的功能,因此,推测心WV/基2+2+2+2+因影响采集行为可能与转运Cu、Mn和Fe(尤其是Fe)有关。--21 第四章内勤蜂和采集蜂各组织Acmvl蚕白的表达分析基于Acmvl基因的氨基酸序列分析,发现Acmvl蛋白其属于Nramp蛋白家族,且该家族蛋白普遍具有二价金属离子转运功能。为探究该蛋白在各组织的表达差异,本研4c究在了解内勤蜂和采集蜂各组织y7wv/基因转录水平的基础上,采用Westernblotting技术,对其蛋白在各组织的表达情况进行了探究,W期找到该基因在不同组织的表达量与采集行为间的关系。1材料与方法1.1试验材料1丄1样本采集试验样本选取内勤蜂和采集蜂头、胸、腹、足五个组织部位,样本采集方法同第二章1丄1。1丄2主要仪器本试验所用的主要仪器有:超低温冰箱FORMA700SER圧S美国10-真空干燥箱E2.DZF6210中国广东全自动高压灭菌器MLS-3020日本(三洋)凝胶成像系统美国(伯乐)高速冷冻离也机Centr航ge5415R德国(Eppendorf)-核酸蛋白测定仪ND1000美国(Nanodrop)繊祸仪〇以901江苏(海口)BG-verMINI迷你垂直电泳仪北京(百晶)-BGtransBLOT迷你转移芯北京(百晶)IM-F制泳机S124日本SANYO单道可调量程移液器德国(Eppendorf)侧摆摇床ESH02上海(碧云天)电泳仪邸%00上海(天能)-HDBP山S恒温金属浴HDB-P山S北京(鼎吴源)-2F上海pH汁PHS(雷磁)1丄3主要试剂及配制方法-22- 试验所用的主要试剂有:Tris(MW121.14);浓盐臉甘氨臉过硫酸倭(AP);十二烧基横酸销(SDS);x30%丙帰蘭胺;TEMED;5Loadingbufer;凝胶蛋白蓝染试剂念;彩色预染中分子量蛋-立春红染液白Marker(货号:AR1113)NC膜(0.45畔)(货号:AR01345)(货号;;;-AR0-142);羊抗兔IgGBiotin二抗(货号:BA1054)actin抗(货号:BA2305);;p兔BCA蛋白定量试0-剂盒(货号:AR0146);哺乳动物组织蛋白提取液(货号:AR011100);PMSF(货号;AR1178);脱脂奶粉;Tween20(货号;0777);超敏ECL发光底物(货一-:AR1171)化钢acin号,均购自武汉博±德生物公司。多克隆目的抗及pt;甲醇;氯一抗由京天成生物技术有限公司制备提供多克隆。--主要试剂、分离胶和浓缩胶的配制方法见表41和表42。表4-1主要试剂配制方法ab-TTlet41hemethodforregentsrearationinhisstudyppISiSB制方法ReagentThepraremethodofthesolutionqp.5l/(,,1moLTrisHClpH8.8)扣sbase45.42g,dd&OZOOmL调pH至8.8定容至250mL0.5mol/LTrisHCl(pHt8)Trisbase6.06g,ddHaOSOmL,调pH至瓦8,定容至lOOmL1.0mol/LTrisHCl(pH7.5)Trisbase30.29g,dd&O200mL,调pH至7.5,定容至250mL10%SDSSDSlg,ddHsOlOmL,加热溶解,常温放置°mL一10%APAPO,ddHO,,4C避光保存.lgsl溶解后周电泳缓冲液Trisba祀3.03g,Glyl4.4g,SDSlg蒸馈水定容至IL转移缓冲液扣sba化3.的g,Glyl4.4g,甲醇200mLTBSNaC18.8g,TrisHCl(7.5)lOmL,蒸溜水定容至ILTESTTBS700mL,20%Tweenl.65mL,混匀后,室溫保存封闭液脱脂奶粉0.5g,TEST10mL,现用现配混句后‘20%TweenTweea2mL4(1氏〇lOmL,4C保存,,表4-2本试验所用8%分离胶及5%巧缩胳的配巧方法-ndTable42Therearationmethodof8%a5%stackinelppgg各组分名称8%分离胶(口mL)5%浓缩胶(5mL)Components8%separationel5%stackingelgg蒸饱水5觀3.430%丙稀醜胺3.480.831—.5l/LTrisCl(mo.HpH8.8)3.280—.5mol/LTris.HCl(pH6.8)0.6310%SDS0.130.0510%AP0.130.05TEMED0.00780051.2试验方法-23- 1.2.1各组织总蛋白提取’从-80C冰箱中取出保存的内勤蜂和采集蜂各组织样品,逐个放入含有液氮的研体中进行研磨,至粉末状后,用小药匙将其刮入EP管中。称量每个样品粉末的净重,按照样品重量(g):蛋白提取液体积(mL)为1:10的比例加入蛋白提取液,然后按照加PMSF:PMSF入蛋白酶抑制剂;蛋白提取液为1100的比例加入,迅速游祸混匀后,置’-1也2次-C于冰上裂解23h。然后,2000gl0min,离。吸取上清液分装于小EP管中,80保存。1.2.2蛋白浓度的测定根据BCA蛋白定量试剂盆说明书进行总蛋白浓度测定,见附录2。1.2.3聚丙浦醜胺凝胶电泳试验前cmvl蛋白的多克隆抗体的效价进行检测,并,先要对公司制备的中华蜜蜂A对分离胶浓度一、抗和二抗浓度及转膜时间等试验《件进巧摸索,W便选用最优的反应条件。U)制胶;将洗净瞭干的成对玻璃板放于制胶器中对齐夹紧防漏胶),然后固定。于基座上根据表分离胶的配方配制10%的分离胶,,依次加入各组分后,充分摇匀后一入6巧ImL移液器吸取该溶液从玻璃板mL时,正好侧沿两板的间隙处缓缓加入,加到分离胶和浓缩胶的分界处。,然后吸取双蒸水沿胶面缓缓加满,W便将分离胶压平静一30min。将残置,水和胶分界处出现条折线时,胶便凝固好倒去上层双蒸水,用滤纸留水吸走。然后,用同上方法酷制5%浓缩胶,并灌注好后,缓慢将梳子垂直插入,静置30min,W便胶凝固。议上样电泳;100i根据所测的蛋白浓度,每个样品总蛋白上样量为^g,计算样品’体积。然后将样品与於LoadingBufer按照1:4的体积比进行混合,离也后,98C,变性10min,离也,:80V,Ih,跑浓V,3h跑分离胶,,进行电泳条件为缩胶,120约,城转膜;在膜的选择上,由于Acmvl蛋白分子量为65.86kDa,所W选用孔径为一0.45的NC膜。第步,切胶。将玻璃板从制胶器上取下来,用蒸觸水冲干净表面。的电泳缓冲液,左手拿玻璃板,长板朝上,短板朝下,右手用塑斜尺轻轻将玻璃板鏡开第二步,膜和滤纸的裁剪。根据胶的大小,准备膜和滤纸,膜要稍大于胶,胶要稍大于滤纸一,W兔发生短路。膜和滤纸剪好后,在膜的背面角进行标记,放于转移缓冲液中浸泡。第H步,H明治的制作,将海绵垫放在最下层,然后依次放上剪好的滤纸、胶、一步都要用尺子将中间的气泡赶走膜和滤纸,毎,最后盖上海绵垫,将其放在转膜用的‘。4C100夹子的黑面上,夹好将夹子黑面向着转移槽的黑面,白面对着插入槽的红面,V,90min进行转膜。-24- 4:,Marker条带是否清晰来判断转膜完全与否()封闭膜转完后可观察预染,用5%BSA,在摇床上室温封闭1.5h。樹抗体脾育一;用1:3000比例稀释目的和内参抗分别对目的和内参蛋白进行解育,°C解育过夜一在摇床上4。第二天,将膜用TBST清洗2次,每次10min,TBS清洗次,-lOmin。然后用1:300015h,TBST清洗2次,OminTBS清配制的二抗脾育l.每次l,一洗次,10min。一做ECL检测:打开Imagel沁软件进行发光检测,设置好系列参数后,吸取适量相同体积的ECL发光液的A液和B于EP管中混合,将膜冗面朝上,均匀滴加混合液后,置于凝胶成像系统进行检测。选取条带清晰的图片。1.2.4图像处理及分析利用ImageJ分析软件对各部位组织内参及目的蛋白条带进行灰度值分析,目的基因的相对表达量为心wv/与相应献J的灰度比。PASS170ANOVA.软件中的单因素方法运巧S,比较同种采集蜂(内勤蜂、采集蜂或采粉蜂)各组织的表达量,W及不同采集蜂的相同组织的表达量。2结果与分析2.1Acmvl多克隆抗体质量检测按照上述操作方法和试验条件,提取中华蜜蜂采集蜂头部的总蛋白,测定浓度后,一每个上样孔的总蛋白量为100帖:,血清浓度也,抗浓度为13000作为阴性对照,阴性为300-1:0,结果如图41所示,用Acmvl蛋白僻育的膜上,在接近65姐a处出现明显的蛋白条带,而用阴性血清解育的膜上,该位置几乎没有蛋白条带。说明中华蜜蜂Acmvl一蛋白的多克隆抗体制备良好,可W进斤下。,试验条件合适步试验—/?ki><i—s;伽峭争I贴1辭oor,巧化ouw.nri巧图4-1Acmvl多克隆的检测F--Aig.41DetectionofanticmvlantibodyfA。cera。化o--25 2.2内勤蜂、采蜜蜂和采粉蜂各组织Acmvl蛋白的相对表达量分析-2可见Acmv由图4l基因分别在中华蜜蜂内勤蜂、采蜜蜂和采粉蜂头部(带触角)、4-A胸部(带翅膀)、腹部和足部个部位组织的蛋白表达结果,其中,pactin和cmvl蛋白在内勤蜂、采蜜蜂和采粉蜂的头、胸和足部均有表达,而在腹部表达极少或不表达。123412341234■n■iAcmv?■1葬ikDal勇、pli■I1!11議||?65-pactinmmM42kDammNurseNectarforagerPoll削forager4-2Acmv图l室白在中华蜜蜂内勤峰、采蜜蜂和采粉蜂各组织的表达-Fi.42Exre化ionofAcmvlro化inindifferenttissuesinnursenectarforaera打dollenforaerofAagp,pgpgceram.1:头(带触角);2;胸部(带触角);3:腹部;4;足部。1:H说d(wi化antemia);2:Thorax(withwing);3:Abdomen;4:Le.gcmv-Al蛋白在送H种工蜂头、胸和足3个部位组织的表达量分析结果见表43。内勤蜂中,Acmvl蛋白在胸部的表法量最高,显著高于头部和足部(P<0.05),头部和足部无虽著差异;采蜜蜂中,Acmvl蛋白在头部表达最高,显著高于胸部和足部(P<化05),足部和胸部无显著差异;采粉蜂中,Acmvl蛋白在头部和胸部的表达量显著高于足部(P<化05),头部和胸部间差异不显著。Acmv4-l蛋白在H种蜜蜂相同组织的表达量分析结果见表3,在头部,采蜜蜂的表达量最高,显著高于内勤蜂和采粉蜂(戶<0.05),而内勤蜂与采粉蜂无显著差异;在胸部,内勤蜂的表达量最高,显著高于采蜜和采粉蜂(戶<化05),而采蜜蜂和采粉蜂表运量间无显著差异;在足部,采蜜蜂和内勤蜂表达量均显著高于采粉蜂(户<化〇5)。表4-3Acmvl蛋白在内勤蜂、采蜜蜂和采粉蜂H种组织中的表达量Tab-Thiiihile43eexressonofAcmvlro化nntreessueofnursenectarforaerandppt,goenoraerpllfg采集蜂头(带触角)胸(带翅SI)iForagerHead(wi化antenna)Thorax(wi化wing)Leg'^*^?"^^nurse1.±..101±0.0161735±0.0%08290029.^''^2'?^nectarforaer.000±0.1620.991±0.0081.179±0.022g?"?*"±*?pollenforager0.964±0.0850.8940.1850.332±0.017一一注。<0.0):各组织蛋白表达量用平均值标准误表示同行中,上角标小写字母表示差异想著(P5同列中上角标,大写字母表示差异显著。±Note:TheptoteinexpressionwasshowedinmeanSE.In化esamecolumnlowercaseleterinsuerscritsmeans化e,ppdiferenceissignlfica打t如化elevelof0.05int:hesameli打elowercaitalleterinsuerscritsmeans化e出ferenceis,,pppsini行cant.g-26- 3讨论3.1关于westernblot试验条件的优化e一蛋白印迹(wsternbloting)技术是目前在研究蛋白表达中应用最多的种实验技术。它通过电泳将分子量不同的蛋白分子镶嵌在凝胶介质中,再将其转印到固相转移膜一抗及相应二抗与之结合上,然后通过特异性,再根据标记物测量结合在膜上的标记信62号虽然免疫印迹的灵敏度和特异性较高[1,可W较好地对蛋白进行定性及半定量分一析,但操作较复杂,在试验过程中仍有些细节问题需要注意。①制胶,分离胶浓度要一-5-40kDa的根据目的蛋白的分子量而定,般1%20%的凝胶适于分离10kDa样品,---5%的凝胶适于分离40kDa0D5-0%10%1100ka的样品,%1的凝胶适于分离100500kDa的样品。而制胶化凝胶中各组分的纯度及用量也影响蛋白分子的迁移速率。配胶时要按顺序加入各组分,现用现配,配好后不要放在冰箱中,防SDS结晶,影响实验结果②电泳,电泳时,槽内正极的缓冲液要没过内侧的玻璃板;上样时,加样量要合适,太多会导致条带条带重叠,太少会出现条带不清晰;加样过程中要避免出现气泡,W免样品溢出一,影响上样致性。⑤转膜。转膜前,将剪好的胶和膜在转移缓冲液中浸-m泡5lOiii,使其充分活化,,提高转膜效率;要注意膜、胶、滤纸的大小膜的正反面,°一转膜时间和溢度,W及转膜时的正负极。④抗体结合。抗最好在4C,侧摆摇床上解育过夜,可降低背景3.2内参蛋白在腹部组织中无表达的分析利用westernbloting研究不同处理条件下目的蛋白的相对表达量时,通常将各样品的总蛋白浓度调到一致。然而,由于现有的几种蛋白浓度测定方法均存在不同程度的局限性,不能准确反应各样品的蛋白浓度,而且,在上样操作误差也会造成各样品总蛋白一tW的差异。而内参基因的设定可W较好地解决W上问题。因为,般内参基因都具有W下特点:①在不同的组织和细胞中成中、高程度表达,且表达量相近;②表达不受内源、外源化及实验处理等因素的影响;③表达水平与目的基因相似,且与细胞周期及细胞是否活化无关。此外,内参作为空白对照,可W用于检测整个实验条件是否正常。esernb-Wtloting试验中常用的内参基因有:GAPDH、actin和Tubulin。基于P'-]^311!11628〇11161沈(ram;6在研究淡色按蚊_4/1〇如6/65a/Wwamw中Np家族同源体蛋白的组^21--3〇化分吐且)3织表达时,3如〇作内参在各組织呈稳定表达,与650;0子量约为42kDa的目的蛋。白可W很好的区分开,同步进行内参和目的蛋白的巧育及显色本研究选-ac用tin作、P为内参,结果显示,他在不同蜜蜂头胸和足部均有表达,但在腹部没有检-27- 测到其表达信号。其中,头、胸和足部内参和目的蛋白表达正常,说明提取液w及提取方法合理。而腹部无内参蛋白表达的原因可能为:工蜂腹部分布有蜜囊、中肠、后肠及马氏管等结构一,成分比较复杂。提取过程中,内参基因编码的蛋白可能在些内源性酶的作用下被降解了。由于这个原因还未查明,因此,目的蛋白在腹部是否表达化及表达量也不能定论。送个问题的出现也为我们今后的研究提供了思路。3.3Acmvl蛋白在内勤蜂与采集蜂各组织的表达分析cmvl在内勤蜂中,A蛋白表泣水平为,胸部表达量显著高于头部和足部,逸与第三^cmv一章/mRNA在内勤蜂各组织中脚部表达量最高的结果致。而采蜜蜂和采粉蜂中,心WV/蛋白表达均为头部表达最商,这与灰wv/mRNA在采蜜蜂和采粉蜂中腹部和足部表法量最离的结果不同。从基因转录和翻译的变化可W看出,采集蜂中,头部蛋白表达的增加与其采集斤为相关,尤其是采蜜蜂。在不同的组织或发育阶段,转录因子通过有序地与目标基因启动子序列中的顺式调控元件结合,调控基因的转录。但基因在转录水平的表达量并不能完全解释生命体的功能,而蛋白作为生命活动的体现者,可W通过磯酸化、糖基化、甲基化、乙醜化W及泛素化等修饰调控基因的功能。因此,蛋白质与mRNA之间并不存在严格的线性关系,蛋白水平的变化更能反映目的基因的功能。基于本实验结果,Acmvl蛋白在采集蜂头部表达量均高于内勤蜂,且采蜜蜂头部的。表运量显著高于内勤蜂,得出CWV/基因在头部的表达影响其中华蜜蜂的采集行为Mz/vo如基因在果蛹脑部的定位研究显示,该基因广泛分布于成虫期果赃脑部的神经元一细施中,且淡色按蚊脑部也检测到该基因具有较高的表迭量,这与本试验结果致。’Ma/vo&o基因的功能研究表明,该基因突变会明显降低果觸对薦糖的敏感性,送种症状2+或2+可通过在食物中添加MnFe而得到恢复,但其影响味觉反应的具体机制还不清2+2+楚。因此,基因可能通过转运Mii或Fe来影响蜜蜂的蜜蜂的采集行为。4小结本试验对基因在中华蜜蜂内勤蜂、采蜜蜂和采粉蜂头(带触角)部、胸部、腹部和足部4个不同部位组织的蛋白表达量进行了研究,结果显示,Acmvl蛋白在内勤蜂和采集蜂的头部、胸部和足部均有表达,而在腹部表达很少或几乎不表达。同时,在cmv一内勤蜂中,Al蛋白在胸部表达最高,这与mRNA的表达情况基本致;采蜜蜂和采粉蜂中,Acmvl蛋白均在头部表达最高,且表达量均高于内勤峰头部。可知,A?/nv/2+2+基因在蜜蜂头部的表达与其采集行为相关,且极有可能通过转运Mn或Fe来影响蜜蜂其采集行为。-28- 第五章中华蜜蜂脑部心wWmRNA的定位研究3mm-蜜蜂的脑容积不足1,重约1mg,仅含有850000950000个神经元,却拥有丰富的个体和社会行为,甚至还有学习、记忆、认知等高级行为,现已被众多神经科学研究者作为模式生物一。蜜蜂在采集花蜜和花粉的过程,也是个对花香、糖类或蛋白等測激进巧学习的过程,这种学习行为离不开脑部神经系统的调控。因此,为探究该基因mRNA在蜜蜂脑部的表达部位,本研究采用原位杂交技术对该基因在脑部的表达进行了定位研究,旨在了解该基因影响蜜蜂庶糖反应的原因。1材料方法1.1试验材料1丄1样品米集取样蜂群来自山西农业大学动物科技学试验蜂场的中华蜜蜂一,选取个健康正常的蜂群,取采集蜂12只,带回实验室。取样方法见第二章。1丄2主要仪器超低温冰箱FORMA700SERIES美国(Thermo)冷冻切片机CM1850美国(Leica)恒温培养箱LRH-2502广东体视显微镜SZX81上海(明兹)光学显微镜BX51日本(Olympus)加热磁力揽拌器IKARET基本型上海-游丝辕子0303-5PO瑞±(Dumont)PHS-2F上海阳计(雷磁)侧摆摇床ESHK02上海(碧云天)1丄3主要试剂主要试剂有:原位杂交试剂盒、DAB显色试剂盒、4%多聚甲酵、多聚赖氨酸防脱载玻片、中性树胶、氯化钢、甲醇、甘油、D邸C、30%过氧化氨、巧樣酸、巧樣酸;*二,二二销(C6H5〇7Na32H2〇)、十二水合磯酸氮销(Na2HP〇412H2〇)、水合憐酸氨销*(NaH2P〇42H2〇)购自均购自博±德生物公司OCT包埋剂(Sakura,);美国购自常州市飞勒斯仪器有限公司。1丄4主要试剂配制-29- 试剂配制前准备;为防止组织中RNA的降解,枪头及EP管均用0.1%的DEPC水浸泡过夜,灭菌,烘干;配制溶液的蒸馈水中均加入0.1%的DEPC,灭菌。.mLPBS:氯化销30g,Na2HP(V12H2〇6g,NaH2P〇42H2〇0.4g,lOOO蒸馈水溶解;3%巧樣酸:巧樣酸3g,100mL蒸馈水溶解;2XSSC:氯化钢17.6g,巧樣酸兰销义8g,lOOOmL蒸溜水溶解;0.5XSSC:300mL蒸馈水加100mL2xSSC;Xx0.2SSC:270mL蒸馈水加30mL2SSC;20%甘油:20mL甘油加80mL蒸馈水。-1%多聚(7.27.6)。甲酵pH:用4%的多聚甲酸和阳S稀释配制1.2试验方法1.2.:Mc/MWmRNA杂交探针的设计合成根据本课题组已获得的中华蜜蜂^cmv/cDNA全长序列,设计H条特异性好的反义链寡核巧酸探针,探针的地高辛标记及探针合成工作交由武汉博±德生物公司协助完成。正义链探针杂交结果即为阴性对照。表5-1原位杂交探针序列-roeTable51Pbesquencesforsituhybridization'探针名称探针序列5-3〇(*'ProbeSequence5-3()AcmvlCAAGAGTTACGAAGCCATCTCGACAAGTITCGCTGCCAATTGTCGAACAAGAGGGACAGAGATTGCCAGCTATGGGCCATCGACCGACAA1.2.2原位杂交方法W蜜蜂脑的解剖:用缀子将蜜蜂从集蜂器中夹出,用大头针在胸背部将它固定于蜡盘中。然后,在体视显微镜下用游丝慑子小也地揭去其头部几了质外壳,保留复眼及脑外层膜质,W确保脑结构的完整性,从而解剖出完整的脑和视叶。议固定及脱水:将解剖出的蜜蜂脑在原位杂交专用PBS中轻轻晃动,使脑部粘附的杂质去除,然后置于装有4%多聚甲醒的青霉素瓶中,固定2^1后,分别转入15%、20%、30%庶糖溶液中进行梯度脱水,直至组织沉底。’㈱冰冻切片-;开启冰冻切片机20C,待机器温度达到要求后,,设置切片温度为一先在承载器上滴滴包埋剂8mi。,待其快变白时,用吸热器将它压平。切片厚度为^调试防卷板,使组织切片能平整地摊在防卷板上。将粘附载玻片正面朝下与组织切片轻-30- 轻一贴,组织就贴在了载玻片上。4()原位杂交具体操作见附录2。樹显微镜下观察记录实验结果。2结果与分析用地离辛标记的针对基因的寡核昔酸探奸作为实验组,用不含探针的预杂交液代替杂交液作为对照组,在蜜蜂脑中进行原位杂交,DAB显色后,杂交信号呈掠黄色颗粒状-(團51)。从图中可W看出,杂交信号主要分布在脑内的草形体、视神经节及触角叶内的神经元细胞中。.、 ̄‘;气.读奏键U:靴;<皆7r,偷編'',‘’.矿 ̄*>妊苗。^/^^;碱篡,:/^5-^cw图1v/mRNA在中华蜜蜂脑部的定位F-1Loca打ig.5tioofmRNAinbrainof乂C.cera/z化法:A和a分别为用反义链^cwv/mRNA探针杂交的试验组和正义链杂交的对照组,杂交信号为踪黄色颗粒状。B、C和D分别表示擊形体肯尼亚细胞、视神绪节和触角叶的踪黄色颗粒阳性杂交信号,b、C和d分别为相应部位的阴性对照。Note:Aistreatmentrouhbridizedwanrgpyi也tisenseprobeeversely过iscontrolrori出ith,,uphybzedwsenserobeand化eg,pdarkellowparticlesareositivesinals.BCandDresecnypg,ptivelyrepresent比epositivesigalsinKeny饼icellsofmushroombodlaminaandantennay,llob货andbcanddarenegativecontrolofcorresondinrei.^,,,pgonsg3讨论蜜蜂在采集时,根据花香及花色等刺激找到合适的蜜粉源,获取花蜜和花粉等营养物质一。花蜜中的糖类物质,尤其是庶糖,常作为其发现蜜粉源的个奖励刺激。在西方蜜蜂中,如0如〇齡基因可|^|调控蜜蜂对廉糖的敏感性,^及对奖赏性刺激的2+2+48应答町通过在食物中添加Fe和Mn[]可换欧复该基因突变果魄的味觉缺陷。哺乳2+M动物中t],Mn被发现参与了多己胺的奖赏性应答,而类似于哺乳动物多己胺,蜜蜂的一66670A作为种神经递质[’],参与了其庶糖反应及奖赏性学习通路的信号传导。研究发现,0A能神经元VUMmx胞体位于蜜蜂脑部的食管下神经节,而且其突起在掌形体肯i-31- 尼亚细胞、触角叶和侧前脑部位均有投射,当蜜蜂接受薦糖刺激时,该神经元会分泌MflOA,并下斤调控蜜蜂吻的伸出。伸吻反应的试验也说明了该结果,在伸吻试验中,一先给予蜜蜂种气味刺激后,用庶糖进行饲喂。而对蜜蜂进行相,蜜蜂会做出伸吻反应同的气味刺激后,不饲喂旗糖,而是对VUMmxi神经元进行电刺激,结果发现,蜜蜂同一样会做出伸吻反应,送说明0A作为种神经递质,在蜜蜂的奖赏性应答中其重要作用,一些研究也证明OA也具有类似的功能还有,如可W提高蜜蜂对庶糖的敏感性,诱导其伸吻反应等Schulz等在研究OA表达与蜜蜂采集行为的关系巧,发现采集蜂脑部的葦形体-、触角叶和触角叶外的中脑中的0A、多己胺及5哲色胺的表达量均显著高于内69t]A勤蜂,其中0A的表达差异最大,且与工蜂日龄无关,这表明O在触角叶内的表达可W调控蜜蜂的采集行为。、有关0A的作用机制研究显示,0A在与其受体结合后,会激活膜上的G蛋白酶*csol-oshate或离子通道,产生第二信使AMP和化醇三磯酸(inoitl45tris,n,[,3),php]进而通过激活蛋白激酶A(proteinkinaseA,PKA)和蛋白激酶C(proteinkinaseC,PKC)一些蛋白质进行稱酸化修饰将细胞内,调节细胞反应。有趣的是,在葦形体和触角叶均PKC-检测到有较高程度的表达,而0A、多己胺和5哲色胺均可激活孽形体内的PKA的产生,0A也激活触角叶中PKA的产生。视叶是传递和处理来源于复眼视觉信息的主要部位,外界环境的蜜粉源信息通过视觉通路的传递和加工,汇集到葦形体中枢,与其他感觉信息进行整合后,输出信息来调控蜜蜂的采集行为。综上所述,中华蜜蜂中CWV/基因对采集行为的影响可能通过作用于滿糖反应相关的0A系统而实现的。4小结本研究对中华蜜蜂心CWV/基因在采集蜂脑部的表达进行了定位分析,结果显示,Awv/基因在脑部的葦形体、触角叶和视叶3个部位的神经元细胞中表达较高。基于OA可W提商蜜蜂对庶糖反应的敏感性,W及其在蜜蜂脑中孽形体和触角叶的具有较高水平的表达情况,我们认为,基因对采集行为的影响可能是通过作用于庶糖反应相关的0A系统而实现的。-32- 全文结论cmvlcDNA的基础上它与Nram在已获得A,分析了其氨基酸序列的结构特征,表明pram蛋白家族具有高度保守性,符合Nramp家族的结构特征,属于Np家族,可能为Nramp2的同源基因。采用焚光定量、免疫印迹及原位杂交技术对内勤蜂、采蜜蜂和采粉蜂Acmvl基因在转录和翻译水平的表达特征进行了分析,结果表明该基因在广泛表法于内勤蜂和采集蜂各组织。且在内勤蜂中,胸部的mRNA及蛋白表达均高于其他部位组织;采集蜂中,RNA一头部的蛋白水平高于其他部位组织,迭,与m水平不致可能与该基因的转录后调控有关cmvl、视叶、触。A基因的mRNA定位结果显示,它在采集蜂脑部的掌形体角叶的神经元细胞中均有表达。-巧- 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TheStudyontheExpressionandLocalizationAnalysisofGeneinNursesandforagersofChin的eHonybee,ApisceranaceranaAbshadCr-veomaedwith0化erspecies扣cemw。ceraw幻is江hiualitseciesnati1:0China,Itsp,却ghqyp■maollinationlanimortantroleto〇!?countrinintaininecosstembalanceandmodemariculture.ppyapygygThemainfeedsourceofho打eybeesis化enectarandpollenofnectariferousplants,and化emaincomponentsof打ectarisglucosefructosedcroe.Sucroseisanimortantfactorsstimultinthe,ansuspagbehaviorofbeesforaging,thediferenceresponseofsucroseinfluencestheforagingbehaviorofbees.The''ndMalvoliogeneaffectstheDrosophila^responseofsucrose,aitstranscriptionallevelinbraintissueassociatedwithforagingbehaviorofbee.Thisstudyanalyzed化esimilarityofaminoacidbetween心班v/of乂。ceranaandMalvolioofotherspeci朗onthebasisofobtainedthecDNAandroteinsecesof心腳AuantitativeanalsisofitspquenqymRNAandproteinexpressionlevelof^幻wv/indiferenttissues(antennal,head,thorax,abdom货1andleg)necuc-ofthenursetarfrrdllfertedusinthltimePCRatblottin,oageanoenorawascondereandwesernpgggtechniueIniuhrdizationtvNAinbrintraeq.stybiwasusedtodetecthelocalizationofAcmlmRaofhefogr.The的imaryresultsareasfollows:1(hloratra)PygeneticanalysisindicatedthatAcmvlofA,c.cenaandMalvolioofoherHymenopteinsectsatheredinthesamecladeandwithNram2ofNramfamilatheredinanothersameclade.ThegppygAcmvlofc.ceranahadanextensivesimilaritytoNrampofwwcm/似,打V0,巧从i/amelanogasterandSaccharomycescerevisiae,belongstoNrampfamily.2()Thetranscritwasclearlydetectedat出ferenttissuesoftheworkeranditwasexpressedp,significantlyhigherinthoraxofmirs说bdomdlnectarando口谢foragers.Itin出catesthe,aenanegofpexpressionofAcmvlgenehaveaneffectonforagingbehaviorofbee.AsamemberofthefamilyofNramp,AcmvlenecanbethehomologouswithNramp2,g0)TheAcmvlroteinexpressionwasdetectedinheadthoraxandletissu说ofworkerbutalmo巧p^g,noexpressioninabdmen.Inaurses,theproteinhadahipestexpressionatthoraxtissue,whichwas-39- consistentwithmRNA.Inforagerstheproteinhadahigherexressionatbraintissue.ItindicateAcmvlpproteinexpressionatbraintissueofforagerisrelated化itsforagingbehavior,andinthehead,andafects+2++22foragingb浊aviorbecauseofbytransportingFe,Cu孤dMn.4sesensvteores()BadonoctopamineoctopamineOAcanimprove化eitiitofhebestond化(,)ypsseaswellasinthebeethatmushroombodiesndantennallobewithhihlexressionofforagerweucro,agy,pbelievefliatgenesinfluenceo打foragingbehaviormaybebyactingo打sucrosereactionrelatedtoOAsystem.Inconclusion,westudiedmRNAandproteinexpressionofAcmvlgeneatdifferenttissuesofthenursesandforagers,anddetectthelocalizationofAcmvlmRNAinbrainofforager,andshowedtiierecccexrrarolationshipbetweenpessionchaacteristicsof如说v/ndforagingbehavior■地smayvide泣pfundamentalevidenceforthefoturestudofthehysiologicalfunctionofAcmvl.ypKeywords:Apisceranacerana;Acmvlgene;mRNAexpression;Proteinexpression;Insituhybridization-40- 附录附录1为保证RNA的成功提取,在试验前应将所要用到的枪头、离也管、枪头盒等塑料°e。器皿用化1%的固相RNas清除剂浸泡12hW上,再经高湿高压灭菌后,80C烘干备用’陶瓷及玻璃器皿需要在洗净后,放在180C烤箱中烘烤4h。剪刀、綴子、钥匙等金属器皿需要洗净,高压灭菌后,烘干备用。操作注意事项:试验前e,先用化1%固相RNas清除剂处理过的酒精棉球将超净台桌面擦拭干净后,开肩紫外巧照射20min。RNA提取步骤参照Invitrogen公司的Trizol说明书进行,主要步骤如下:1()从液氮中取出保存的各组织样本,称量后,用综子将组织夹入成有液氮的研体。.中进行研磨,其间适当添加液氮,直至粉末状用药匙将粉末刮到15mL的EP中,待-液氮挥发完后,加入ImLTrizol,震荡混匀后置于冰上510min,使组织细胞裂解完全(裂解液中基本无沉淀)。现在可W继续进行下面的试验,也可将裂解后的样品放入-TC8(冰箱备用,W后再继续提取。一2也()12000g离lOmin,将枪头伸入油脂下方吸取上层匀浆液加入另卧管中,弃去沉淀。入°樹每个EP管中200阵氯化剧烈震荡15s室温静置3min。4C12000,加,g离也15min,然后可见管内液体分为三;层,上层为无色水相,中间层为敵氯仿相,下层为有机相,RNA在无色水相中。4()小也吸取上层水相至新的1.5mL邸管中,(操作化可用100咕移液器操作多吸几次,注意不能吸入中间蛋白层)500lL(00^,约可吸,然后,加入等体积约5^叫的异丙醇’,混匀室温静置10minRNA。然后4C12000也10min,,W沉淀总,g离,可见米粒大小沉淀。脚弃去上清聽向含有沉淀的EP管中加入ImL75%乙醇溶液清洗沉淀,7500g离也5min,弃去上清,打开管盖,用烘烤过的滤纸吸干残留大部分浓体后,倒置在滤-50lLRnase-freei。纸上瞭干,加入30水,静置…mn,使财1乂完全溶解^-4-1 附录2第一步,配制工作液。(1)配制适量BCA工。作液,充分混匀根据标准品和样品数量,按50体积BCA试剂A加1体积BCA试剂B(50:1)似稀释标准品。具体操作见下表;表1标准品的稀转方法Table.1Dilutionmethodforthestandardsubstance管号稀释液体积(^lL)标准品体积(咕)终浓度(帖ZmL)A240如2000B3090(从A管取)1500C6060(从A管取)1000D6060(从B管取)750E6060(从C管取)500F说60(从E管取)250G6060(从F管取)125H10025(从25G管取)I6000(空白孔)做将25阵的标准品和合适浓度范围的样本分别加入%孔板的微孔中。(4)各孔加入200BCA工作液,充分混匀。‘A妨盖上96化板盖,巧C腊育30min。第六步,冷却到室温,用酶标仪测定562,根据标准曲线计算出蛋白浓度(每个标准品和样品设置2个重复)。-42- 附录3U)内源性过氧化酶的灭活:将切片置于含有30%H2化与纯甲醇的混合液(化〇2与甲醇比为:in5min。:150)的染曲中,室温处理30m,然后,在摇床上用蒸馈水洗3次,每次脚暴露mRNA核酸片段:在切片组织上滴加3%梓樣酸新鲜稀釋的胃蛋白酶(lmL3%’巧樣酸加2滴浓缩型胃蛋白酶C或室温-,混匀),37消化5120S(消化时间需要摸索,找到合适的,有时也可不消化),原位杂交专用PBS洗3次,每次5min,蒸馈水洗一次,5min。樹后固定:将切片在1%多聚甲醇中室温固定10min,蒸馈水洗3次,每次5min。(4)预杂交:在干净的杂交盒中加入20mL20%甘油,作为湿盒,用W保持湿度,每张切片加20^lL预杂交液,诬组织被预杂交液完全覆盖,将切片放入湿盒中,置于巧^:-恒温箱中24h。佩杂交:用滤纸小也吸取组织周围的预杂交液,不洗;加上杂交液,用原位杂交一一专用盖玻片盖从侧轻轻在组织上。选取同,避免有气泡玻片上距离较远的组织作为°对照组,用PBS代替杂交液作为对照。将实验组和对照组玻片水平放于湿盒中,在39C恒温箱中杂交过夜。’做杂交后洗涂:小也揭掉盖玻片(可W将玻片浸在37C左右的溶液中,轻轻晃动,’‘XXC0.使盖玻片脱离),用37C预热好的2SSC中洗瀑2次,每次10min,375SSC洗°XSS5m涂1次,15in,37C0.2C洗涂2次1in。m,每次:滴加封闲聽巧解育30min去多余液体,不洗。仍封闭,甩‘佩滴加生物素化鼠抗地高辛:巧(:解育6〇111111?8841〇111111。,洗次,每次’mn。㈱滴加SABC:巧C解20in310i育m或室温30min,PBS洗次,每次一DAB显色mL蒸傭水、B、。(蝴:I加AC各滴,混匀后,加入切片组织上显色显色时,可W在显微镜下观察染色情况确定显色时间。然后,充分用蒸馈水洗恣。ai)苏木素复染;复染后,充分水洗。⑩将組织切片经梯度酒精脱水后,二甲苯透明,中性树胶封片。-43- 致谢本论文的完成离不开导师姜玉锁教授的悉也指导,在论文的各个方面都体现了导师治学严谨、H年研究生学习已近尾学识渊博,,、严于律己的风格为我树立了了终生的学习典范。转眼间我的声!,导师在生活中对我如沐春风的关怀,不断激励我奋进向前,在此向导师致最诚擎的感谢衷也感谢马卫华师姐,,生、赵慧婷师姐在实验过程与论文写作中的指导与帮助活中的鼓励与建议一,与师姐起的实验岁月我将终生难忘。感谢实验室全体老师、师兄弟姐妹在学习生活中的关也和帮助一。感谢实验室各位同学的陪伴,有你们是我生的幸福。特别感谢姚建军同学对我学习巧生活上的帮助与支持。再一次感谢所有在生活、学习及试验过程中给予我无私帮助和支持的各位老师、同学、亲人和朋友们,,化们的关也和支持已成为我生命中最难忘、最美好的回忆将永远激励着我奋发向上。最后,W此文献给我的导师与家人。至締2口/5年6巧-45-