基于新型转基因裸蛹的家蚕丝蛋白合成调控开关研究

摘要

石蚕蛾[caddisfly(hesperophylax occidentalis)]属毛翅目沼石蛾科昆虫,会吐丝将溪流水中的石块和枯枝等黏结成巢.将石蚕蛾的家蚕丝蛋白同源基因Hpgs,受家蚕丝蛋白重链启动子调控之下,整合于piggyBac转座子,通过转基因技术成功构建了转基因家蚕品系TBHL.RT-PCR检测克隆piggyBac插入位点,证实未引起基因插入突变.TBHL出现吐丝显著减少或裸蛹,丝腺发育粗短、畸形呈结节念珠状,透光性和韧性差、易断.蛹期发育慢、羽化迟、交配欲望低下.PADI及HE染色发现,TBHL后部丝腺的细胞核数目减少、排列杂乱.mRNA转录水平调查发现,转基因家蚕丝腺中石蚕蛾Hpgs基因成功表达;蛋白翻译水平也检测到HPGS蛋白的表达.而家蚕丝素蛋白基因Fib-H和P25表达下调,家蚕Fib-L基因表达量则上调.对TBHL系统的5龄熟蚕后部丝腺进行转录组学测序,共发现了891个差异表达基因.差异基因表达谱分析发现,TBHL系统中存在导致裸蛹的相关信号蛋白质合成和转运通路及潜在的调控信号途径的重要基因变化.综合结论:TBHL裸蛹的原因是在丝素蛋白的运输障碍,其中HPSG充当了调控丝蛋白合成网络的开关.由于在后部丝腺细胞中大量合成的丝素蛋白不能正常运输到腺腔,阻碍了丝蛋白的组装,滞留在后部丝腺细胞中的大量蛋白质,在化蛹阶段的丝腺退化过程中,以蛋白质或游离氨基酸进入家蚕循环系统,导致血清蛋白及游离氨基酸浓度急速升高,并维持了其世代周期25％左右的病变时间,有望成为生物医学模型中尚属空白的高循环血蛋白或高氨基酸的动物模型,并克服了经典自然裸蛹系统血清中蛋白及游离氨基酸含量无参照对比的问题.有望对高循环血蛋白或高氨基酸的代谢危害过程及相关疾病机制与防控研究提供实验动物平台.