添食TiO2 NPs对家蚕脂肪体生理功能的影响

摘要

家蚕（Bombyx mori）是一种具有重要经济价值的绢丝昆虫。幼虫摄取营养物质，合成并分泌蚕丝蛋白，是其营养代谢的主要途径。脂肪体是家蚕体内的中间代谢器官，参与营养物质的储存转用与代谢解毒。纳米二氧化钛（Titanium dioxide nanoparticles，TiO2 NPs）是一种应用广泛的纳米材料，在净化环境，日常生活用品，物理化工等方面均有所应用。已有研究表明，添食家蚕一定剂量的TiO2 NPs，能够提高其饲料利用率，促进丝蛋白的合成；调节家蚕蜕皮激素合成，影响家蚕生长发育；增强家蚕抗病抗毒能力。
　　为了研究添食TiO2 NPs对家蚕脂肪体生理功能的影响，本研究通过RNA seq技术检测了TiO2 NPs处理后家蚕脂肪体的基因表达谱，qRT-PCR对重要的差异表达基因进行了验证，Western blot对相关蛋白的表达水平进行检测，并测定脂肪体中海藻糖、甘油三酯含量，脂肪酶活性、总蛋白量和解毒酶活性。
　　RNA seq结果表明，TiO2 NPs处理后，脂肪体中表达出现差异的基因共有11268个，其中上调基因5789个，下调基因5479个；表达显著差异（P≤0.01）的基因共有341个，其中上调基因138个，下调基因203个。Gene Ontology功能显著性富集分析显示，表达差异显著基因中，biological process中主要集中在biological regulation、cellular process、metabolic process等进程中，cellular component中，主要集中在cell part、extracellular region、organelle等成分中，molecular function中，主要集中在binding、structural molecule activity、transporter activity等功能中。KEGG pathway富集结果显示，表达差异显著基因主要集中在insulin signaling pathway、Calcium signaling pathway、Phagosome等信号通路中。表明添食TiO2 NPs能够影响脂肪体基因表达，GO分析和KEGG pathway富集结果表明，添食TiO2 NPs能够显著影响脂肪体的物质代谢。
　　QRT-PCR结果显示，胰岛素信号转导通路中troponin C25D、troponin C分别上调2.36倍、1.48倍。蛋白质代谢相关的creatine kinase、4-hydroxyphenylp-yruvate dioxygenase分别上调42.38倍、6.20倍，threonine dehydratase下调3.09倍。脂质代谢相关的fatty acid desaturase上调2.63倍、fatty acid transport protein下调5.12倍。糖代谢相关的Tret1-2 homolog、Tret1分别上调6.63倍、1.12倍，这些结果表明，添食TiO2 NPs能够增强家蚕脂肪体营养代谢。TiO2 NPs组insulin-like peptide、neuropeptide receptor B上调5.17、3.89倍，热激蛋白基因hsp68、hsp70、hsp1、hsp-16.1/hsp-16.11、hsp90、hsp20.8、hsp20.4分别上调3.61倍、2.82倍、2.80倍、2.60倍、2.59倍、2.36倍、1.91倍。p70S6K、ERK、RAS、AKT、4EBP2、S6、MEK、eIF4E分别上调5.17、3.89、3.59倍、2.74倍、2.65倍、2.24倍、1.61倍、1.54倍、1.49倍、1.48倍；Phoxim组中CarE、CYP6b29、CYP6ae21、CYP6ab5、CYP4m5、GST分别上调7.38倍、6.01倍、5.93倍、4.88倍、2.66倍、1.17倍；TiO2 NPs预处理后上调幅度减小，上述基因分别上调7.24倍、3.71倍、2.97倍、2.77倍、2.10倍、1.00倍。结果与RNA seq数据基本一致，表明添食TiO2 NPs能够促进脂肪体家蚕生长基因表达，缓解辛硫磷对家蚕脂肪体的损伤。热激蛋白具有在应激条件下维持生命活动稳定，作为分子伴侣确保蛋白质正确折叠，参与免疫的功能。昆虫的热激蛋白与滞育、损伤修复、细胞增殖和发育相关。本课题对热激蛋白表达水平的验证表明，添食TiO2 NPs能够增强家蚕对不良条件的抵抗力。
　　TiO2 NPs处理后脂肪体脂肪酶活性、海藻糖含量、总蛋白量量分别上调3.86倍、1.34倍、1.29倍，甘油三酯下调0.94倍；TiO2 NPs+Phoxim可以降低单一采用Phoxim处理后总蛋白含量增加幅度以及MAPK和PI3K/AKT信号通路关键蛋白的上调幅度，解毒酶活性和基因表达趋势一致。结果表明，添食家蚕TiO2 NPs能够提高家蚕的营养代谢水平，并能够缓解辛硫磷对家蚕脂肪体的损伤，为研究TiO2 NPs对家蚕脂肪体的功能影响及其机制提供新的支撑。
　　本课题研究表明，添食家蚕TiO2 NPs能够显著影响家蚕脂肪体基因表达，促进家蚕脂肪体的营养代谢，缓解Phoxim对家蚕脂肪体的损伤。

目录

声明

引言

1. 研究背景

2. 研究目的

3. 研究方法

4. 研究意义

5. 预期结果

6. 技术路线

第一章 文献综述

第一节 昆虫脂肪体的功能概述

第二节 RNA seq技术的概述

第二章 TiO2 NPs处理后脂肪体的基因表达谱

第一节 前言

第二节 材料与方法

第二节 结果与分析

第三节 讨论

第三章 TiO2 NPs处理对脂肪体功能的影响

第一节 前言

第二节 材料与方法

第二节 实验结果

第三节 讨论

结论

参考文献

攻读学位期间科研情况

致谢