家蠶和野桑蠶粗肌絲結(jié)構(gòu)基因的研究.pdf

1、昆蟲(chóng)綱在生物多樣性中有著重要地位，它在進(jìn)化中的成功與飛行能力的獲得有著密切的關(guān)系。而有著水解ATP并將化學(xué)能轉(zhuǎn)換為動(dòng)能的重要功能的粗肌絲是飛行的基礎(chǔ)。昆蟲(chóng)的粗肌絲主要由肌球蛋白/肌球桿蛋白、副肌球蛋白/小副肌球蛋白、Myofilin和Flightin等蛋白組成。 肌球蛋白是由一對(duì)重鏈和兩對(duì)輕鏈組成的六聚體蛋白，有著將化學(xué)能轉(zhuǎn)變成機(jī)械能和形成粗肌絲的雙重作用。肌球蛋白重鏈在大多數(shù)昆蟲(chóng)中由單基因編碼，通過(guò)選擇性編輯產(chǎn)生所有亞型的肽鏈

2、。肌球桿蛋白和肌球蛋白重鏈有同一基因編碼，它僅包括肌球蛋白重鏈的桿狀區(qū)域和一個(gè)與輕鏈1同源的較小的N-末端。副肌球蛋白和小副肌球蛋白由同一基因編碼，通過(guò)選擇性啟動(dòng)子的使用產(chǎn)生的2個(gè)有著相同C-末端的蛋白。副肌球蛋白同源二聚體在肌肉的組裝過(guò)程中，有著形成肌原纖維核心的作用，小副肌球蛋白的作用尚不明確。Fligbtin是僅在間接飛行肌中存在的一個(gè)小分子量的粗肌絲結(jié)構(gòu)蛋白，可以調(diào)節(jié)間接飛行肌的性能。Myofilin是最近確認(rèn)的一個(gè)粗肌絲結(jié)構(gòu)蛋

3、白，它可能位于肌原纖維的表面，功能尚不明確。 隨著家蠶基因組測(cè)序的完成，必將極大地促進(jìn)家蠶分子生物學(xué)的研究，確立家蠶在鱗翅目昆蟲(chóng)研究中的地位。而粗肌絲結(jié)構(gòu)的研究，無(wú)論是對(duì)于探討昆蟲(chóng)飛行機(jī)制的理論基礎(chǔ)，還是在害蟲(chóng)擴(kuò)散、遷移的預(yù)測(cè)，或資源昆蟲(chóng)的養(yǎng)殖馴化中，都有著重要的意義。但家蠶飛行能力的喪失，使它不能有效代表野外昆蟲(chóng)，因此以家蠶和與家蠶有著共同祖先的野桑蠶為材料，研究其粗肌絲結(jié)構(gòu)基因。 在本試驗(yàn)中，通過(guò)RT-PCR、PCR

4、、RACE和基因步移技術(shù)，對(duì)家蠶和野桑蠶的粗肌絲結(jié)構(gòu)基因進(jìn)行了研究，克隆到家蠶和野桑蠶肌球蛋白重鏈長(zhǎng)度分別為22710 bp和23055 bp的基因組序列，包含轉(zhuǎn)錄起始位點(diǎn)上游約1．8 kb和poly(A)信號(hào)下游約1．0 kb。并通過(guò)生物信息學(xué)方法，確定了相關(guān)基因的結(jié)構(gòu)。結(jié)果顯示家蠶和野桑蠶肌球蛋白重鏈由單一基因編碼，該基因在家蠶和野桑蠶中分別存在37和38個(gè)外顯子，家蠶中的外顯子24在野桑蠶中被1個(gè)大小約為300 bp的內(nèi)含子分割。

5、翻譯起始密碼子位于外顯子2，在末端和次末端外顯子中各有一個(gè)終止密碼子。其中外顯子3、8、11、14、17和22是含有多個(gè)外顯子的相互排斥型選擇性外顯子組，在mRNA中存在且僅存在這些選擇性編輯外顯子組中的1個(gè)；可能含有，也可能排除次末端外顯子。通過(guò)選擇性編輯，這一基因最多可以轉(zhuǎn)錄780個(gè)亞型。其中在外顯子13和選擇性外顯子3a、8b中存在導(dǎo)致氨基酸序列變化的差異。 副肌球蛋白/小副肌球蛋白基因含有17個(gè)外顯子，在使用最上游啟動(dòng)子

6、時(shí)轉(zhuǎn)錄編碼副肌球蛋白的mRNA，而在使用位于外顯子10后面的外顯子時(shí)轉(zhuǎn)錄編碼小副肌球蛋白的mRNA，兩者共用3’-末端的7個(gè)外顯子?？寺〉降募倚Q和野桑蠶副肌球蛋白mRNA長(zhǎng)度分別為3250bp和3321 bp，可以編碼877個(gè)氨基酸殘基，其中第106和135位氨基酸不同。 家蠶Myofilin基因含有9個(gè)外顯子，可以產(chǎn)生3’-末端不同的5個(gè)亞型。所有這5個(gè)亞型的都使用5’-末端的3個(gè)外顯子，且翻譯起始密碼子位于外顯子2中。本實(shí)驗(yàn)

7、從家蠶和野桑蠶成蟲(chóng)中分別獲得3個(gè)亞型，分別編碼113、193和345個(gè)氨基酸殘基，其中家蠶和野桑蠶在亞型A和B中的125位存在一個(gè)氨基酸殘基得差異。在成蟲(chóng)中野桑蠶可以產(chǎn)生2個(gè)不同的5’-末端，而家蠶僅使用其中的1個(gè)轉(zhuǎn)錄起始位點(diǎn)。家蠶的Flightin基因與黑腹果蠅基本相似，都是由4個(gè)外顯子組成，且翻譯起始密碼子位于外顯子2中?？寺〉降募倚Q和野桑蠶cDNA長(zhǎng)度分別為661 bp和663 bp，編碼158個(gè)氨基酸殘基，其中在53位存在一個(gè)氨