蜜蜂（Apis mellifera L.）幼虫级型分化差异蛋白质组分析

论文摘要

蜜蜂是社会性昆虫,具有典型的级型分化现象。蜂群中蜂王和工蜂虽然同为雌性蜂,但只有蜂王具有生殖能力而工蜂没有,不同的级型蜂具有不同的蛋白质组。因此,分析蜜蜂级型分化期发育蛋白质组的特点,比较其蛋白质表达谱的时空差异,将对蜜蜂生物学研究和揭示蜜蜂级型分化的分子机理具有一定意义。本研究利用双向电泳技术,分析比较蜂王和工蜂级型分化期的蛋白质组的特点,利用生物信息方法鉴定部分差异表达蛋白质的功能,进而依其功能对鉴定蛋白分类和生化通路分析。结果表明,在幼虫3日龄和5日龄时,蜂王分别表达288个和247个蛋白质；而工蜂在3日龄和5日龄时分别表达了259个蛋白质和236个蛋白质；到蛹11日龄时,蜂王头部蛋白质组有311个蛋白质,明显高于工蜂头部表达的蛋白质数（278个）。3日龄时,两种级型蜂共有蛋白质为156个,而蜂王和工蜂的特异蛋白质分别为132个和103个；到幼虫5日龄时,两级型蜂共有蛋白质点为95个,而蜂王特异蛋白质点为179个,工蜂特异蛋白质点为141个；到蛹11日龄时,蜂王和工蜂头部共有蛋白质点为194个,而蜂王的特异蛋白质点为117个,工蜂特异蛋白质点为84个。蜂王和工蜂的蛋白质表达谱存在显著差异,蜂王表达的蛋白质总数和特有蛋白质数都较工蜂多,说明蜂王的基因表达较工蜂更加旺盛。发育中所表达的共有蛋白质可能是他们发育所必须的管家蛋白质,但它们在级型中的表达模式却存在较大差异。在三个日龄中蜂王和工蜂有大量差异表达的蛋白质,这表明在级型分化中,蜂王和工蜂需要不同的蛋白质来调节各自的发育。利用MALDI-TOF/MS对60个蜂王和工蜂差异表达的蛋白质进行鉴定并依照蛋白质在蜜蜂发育过程中行使的功能,将这些鉴定的蛋白质分为8个功能类别：碳水化合物代谢和能量产生类蛋白质（35%）、蛋白质和脂肪酸代谢的蛋白质（17%）,抗氧化类蛋白质（15%）、发育类蛋白（12%）、营养储存类蛋白质（10%）、具折叠功能类蛋白质（6%）和转录翻译相关蛋白质（4%）、及未知功能的蛋白质（1%）。其中,代谢相关的蛋白质表达数量最多,说明幼虫期的两级型蜂代谢旺盛,都需要大量的能量来完成生长发育,同时,对蜂王和工蜂在两个日龄差异蛋白质表达量的聚类发现,蜂王在发育过程中,上调了较多碳水化合物代谢和能量生产类蛋白质,这说明能量需求可能是导致幼虫进化为蜂王的一个原因。将3日龄和5日龄的蜂王和工蜂60个差异表达蛋白质进行生化通路分析发现,24个蛋白是在发育中起关键作用的节点蛋白,它们是：aldehyde dehydrogenase, aldehyde reductase, ATP synthase beta subunit, bellwether, enolase, phosphoglycerate mutase, transketolase, Leonardo,14-3-3 protein epsilon, actin-87E isoform 2, cathepsin D, Imaginal disc growth factor 4, lethal（2）37, arginine kinase, fatty acid binding protein, Proteasome subunit alpha type 5, Peroxiredoxin 2540, Glutathione S transferase S1, thioredoxin peroxidase 1, Heat shock protein cognate 3, ERp60, Larval serum protein 2, Translational controlled tumor protein。这些节点蛋白质不仅对于幼虫的生长发育必不可少,而且为进一步研究和验证级型分化提供了目标蛋白质。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 引言
• 1.1 研究目的和意义
• 1.2 研究问题的提出
• 1.3 研究的背景
• 1.4 文献综述
• 1.4.1 蜜蜂级型分化在营养和激素方面的研究进展
• 1.4.2 蜜蜂级型分化在分子和蛋白质组方面的研究进展
• 1.5 研究方法
• 1.6 论文结构安排
• 第二章 蜜蜂幼虫期蜂王和工蜂蛋白质组成及发育特点比较
• 2.1 材料和方法
• 2.1.1 试剂
• 2.1.2 仪器
• 2.1.3 取样
• 2.1.4 幼虫期蛋白提取、蛋白质浓度测定及双向电泳（2-DE）
• 2.1.5 图像分析
• 2.2 结果
• 2.2.1 蜂王和工蜂幼虫期蛋白质组图谱
• 2.2.2 蜂王与工蜂3日龄幼虫蛋白质组比较
• 2.2.3 蜂王与工蜂5日龄幼虫蛋白质组比较
• 2.2.4 蜂王与工蜂日龄间比较
• 2.2.5 幼虫期蜂王与工蜂形态发育比较
• 2.3 讨论
• 第三章 蛹期蜂王和工蜂头部蛋白质组成及发育特点比较
• 3.1 材料和方法
• 3.1.1 取样
• 3.2 结果
• 3.2.1 蜂王和工蜂蛋白质表达图谱分析
• 3.2.2 11日龄的蜂王与工蜂蛹头部蛋白质比较
• 3.2.3 11日龄的蜂王与工蜂蛹发育形态比较
• 3.3 讨论
• 第四章 蜜蜂幼虫期级型发育蛋白功能鉴定与生化通路分析
• 4.1 材料和方法
• 4.1.1 试剂
• 4.1.2 仪器
• 4.1.3 胶内酶切和MALDI-TOF质谱分析
• 4.1.4 蛋白鉴定
• 4.1.5 对蛋白质表达量聚类分析
• 4.1.6 生物通路分析
• 4.2 结果
• 4.2.1 幼虫期蜂王和工蜂差异表达蛋白质质谱鉴定
• 4.2.2 鉴定出差异表达蛋白质的分类和表达量聚类分析
• 4.2.3 鉴定出的差异表达蛋白质生化通路分析
• 4.3 讨论
• 第五章 结论
• 5.1 阶段性成果及意义
• 5.2 结论
• 参考文献
• 第一章
• 第二章
• 第三章
• 第四章
• 个人简历与论文发表情况
• 致谢