家蚕丝胶蛋白质组的研究及实用蚕品种的选育

摘要

丝胶约占茧层质量的25-30％，是影响蚕茧解舒性能的重要因素。同时丝胶也是在化妆品、生物医药和食品工业等方面具有潜在应用价值的生物材料。但是丝胶的蛋白质组成却一直未见较完整的研究，目前已鉴定的丝胶蛋白都是Ser1、Ser2和Ser3基因的编码产物，但仍有若干种茧层丝胶蛋白以及许多种中部丝腺内容丝胶蛋白未能被鉴定。丝素被丝胶粘合在一起形成致密的茧层，因此必须通过高温煮茧溶解部分丝胶才能经缫丝再释放出来得到生丝。而丝胶突变系B84的蚕茧无需任何处理，即可进行干茧抽丝。通过对丝胶突变系的蛋白质组成比较研究，可更深入地了解丝胶蛋白的性能，也可为丝胶作为生物材料利用提供理论基础。
　　 本博士学位论文的工作主要集中于丝胶蛋白质组、蚕茧解舒机制的研究以及实用家蚕品种选育。全文划分为两篇，将属于基础研究工作的第1-5章归于第一篇，有关品种选育的第6-7章归为第二篇。主要研究内容如下：
　　 1、对丝胶突变系B84与实用品种丰一及其F1、F2、BC1和BC2之间的形态特征以及茧质进行比较研究。通过观察比较丝胶突变系B84和丰一的形态特征，发现B84虽然具备极为优秀的解舒性状，但是其在产卵、个体大小以及生命力方面都显著的劣于普通实用蚕品种，无法直接应用于生产。对于生产性状的调查比较，发现B84的优秀解舒性状是可遗传的，后代中拥有高比例B84血统的F1和BC2都表现出相当高的解舒率，这就说明通过分子或者遗传育种的方法将B84中有关高解舒的基因导入其他实用品种得到高解舒实用蚕品种是有可能的。
　　 2、通过对8个不同茧色以及地理系统的蚕品种的茧层丝胶蛋白质组比较研究，揭示了品种共有的丝胶蛋白以及某些品种所特有的丝胶蛋白。作者在B84茧层中发现了Ser2蛋白，推测其可能与B84蚕茧的高解舒性能有关，这是该蛋白首次在茧层中被发现。丰一具有多化性血统，与多化性Nistari拥有共同的特殊条带，质谱鉴定为一种新的Ser3蛋白。作者还在茧层中观察到5种Ser1蛋白以及4个新的丝胶蛋白，表明茧层丝胶蛋白组成相当复杂，这可能对丝胶过敏源性原因的寻找有所帮助。经翻译后修饰分析发现的丝胶蛋白的脂质化和羟基化表明其可能与增强茧层防水以及促进以丝胶为原料的生物膜的形成有关。此外，本文对丝胶蛋白糖基化的分析将有助于探讨家蚕的泌丝机理。
　　 3、探讨了茧层丝胶蛋白与蚕茧解舒率之间的关系。通过进一步分析B84茧层中Ser2蛋白的质谱数据，发现这种蛋白极易被糖基化，这可能是B84茧层高解舒的原因之一。对蛋白数据库中的三种主要的丝胶蛋白的氨基酸序列进行疏水性和二级结构预测发现Ser2蛋白的亲水性强、β结构含量低，有利于蚕茧表现出高解舒性能。
　　 4、通过丝胶突变系B84与实用品种丰一及其F1、F2、BC1和BC2的中部丝腺内容物蛋白质组的研究，发现在中部丝腺内容物中比茧层中有着更多种类的蛋白，原因可能是在吐丝时丝胶蛋白脱水纤维化，变得难以溶解，还有存在于中部丝腺内容物的小分子量丝胶蛋白亚基因为被组装成大分子丝胶蛋白而不在茧层中出现。通过质谱鉴定证明中部丝腺内容物中含有非丝胶蛋白成分，包括ATP合成酶、肌动蛋白以及14-3-3蛋白等，说明中部丝腺内容物可能具备某些生理功能。丝氨酸蛋白酶抑制剂在丰一和B84中部丝腺内容物中都存在，是家蚕自我保护机制的一种表现。B84中部丝腺内容物中有两个特有的与糖代谢有关的酶，意味着B84中部丝腺内容物蛋白的糖基化水平更高，推测可能与茧层高解舒有关。在B84的中部丝腺内容物中还发现了CBP蛋白，是B84茧层呈现黄色的原因。比较丰一和B84中部丝腺内容物差异蛋白的GO分析结果，发现丰一中部丝腺内容物的功能比B84复杂，大多数特有GO类型都与细胞组分有关，而从B84的特有GO类型表明其中部丝腺中可能发生更多的氧化还原反应，影响其丝胶性质。
　　 5、选育了实用家蚕新品种“银丰×玉珠”。在2006年春季和秋季分别在本实验室进行比较试验的基础上，申请参加家蚕新品种实验室共同鉴定，于2008年通过蚕新品种实验室共同鉴定，经过2009年和2010年两年的农村试养，省家蚕品审会专家一致认为该品种孵化、眠起齐一，体质较强、好养，茧色白、茧形大、茧层厚、缩皱细、产茧量高、茧丝质优，主要性状优于对照种；同意推荐报省品审会审定。
　　 6、利用丝胶突变系的特殊丝胶性质，开展了特殊用途蚕品种的选育。丝胶突变系B84具有不煮茧抽丝、超好的解舒性能以及活蛹缫丝后未脱胶生丝自然蓬松的特点，如果把该性状导入实用蚕品种有可能改善实用蚕品种的解舒性状，或者定向选育丝棉用蚕品种有可能改善丝棉的性能。本实验以B84为父本，选用8个实用蚕品种配制了系列的育种材料，重点选育其中2个材料，结合SDSPAGE电泳和活蛹缫丝，进行定向选择。通过缫丝测试，发现各个系统的解舒率都在90％以上，且不受恶劣气候影响。但其茧层丝胶胶着力差，干燥后生丝自然松散，不符合缫丝的工艺要求，但比较符合丝棉生产的要求，因此课题组决定改变育种方向，利用该丝胶突变的特性，着重培育丝棉专用蚕品种选育。