家蚕（Bombyx mori）性别决定网络及其关键基因BmSxl的cDNA克隆和功能研究

论文摘要

家蚕性别决定研究既具有模式研究的科学意义，又具有重要的产业价值，因而一直是蚕业科学的一个重大课题。经典遗传学研究推测家蚕W染色体上Fem基因为家蚕性别决定初级信号，最近家蚕性别决定的下游调控基因Bmdsx也已鉴定。然而，对于从上游的初级信号Fem到下游Bmdsx之间的调控网络，尤其是Bmdsx的上游调控基因，仍然知之甚少。本研究在家蚕全基因组框架图的基础上，应用生物信息学、EST、全基因组芯片分析研究雌雄的差异选择性剪接和雌雄的差异表达，追寻性别决定关键基因，探讨家蚕性别决定分子机制。获得的主要结果如下： 1．家蚕基因组中性别决定同源基因的鉴定 将果蝇所有性别决定基因在家蚕基因组中进行同源性分析，以鉴定家蚕性别决定基因。结果显示，22个性别决定基因在家蚕基因组中具有同源体，并且除Sxl外，其它同源基因都有EST表达证据。此乃首次从家蚕基因组水平大尺度鉴定家蚕性别决定同源基因。 比较分析家蚕与果蝇性别决定调控网络，在性别决定初级信号的基因中，da、emc、gro、sisB、run和dpn在家蚕中具有同源体，而her、sisA和sisC在家蚕中没有同源体，这也许反映了家蚕没有使用X：A作为性别决定初级信号，与经典遗传学研究认为家蚕性别决定初级信号为单一的Fem基因的结果相一致；在剂量补偿途径中，3个基因msl3、mle和mof在家蚕中具有同源体，msl1和msl2基因在家蚕没有同源体，这进一步证明了家蚕缺乏剂量补偿机制；在体细胞性别决定途径中，9个基因Sxl、tra2、dsx、ix、Rbp1、doa、snf、vir和fl（2）d在家蚕中均有同源体，仅tra基因在家蚕中没有同源体，这反映了体细胞性别决定在家蚕中可能较为保守，但个别基因及其调控已发生变化；在求偶行为和种系性别分化途径中，4个基因fru、dsf、ovo和otu在家蚕中都有同源体，表明这两条途径在家蚕中可能很保守。综上述，在性别决定网络中，下游基因大部分在家蚕中存在同源基因，较为保守，而上游基因只有部分基因在家蚕中存在同源基因，变化较大。这从一个方面也证实了Wilkins所提出的性别决定遗传网络由底部向顶部进化的趋势。 2．家蚕性别决定同源基因Bmtar2和Bmix的选择性剪接分析 通过EST与基因组序列比对分析，鉴定了家蚕235个基因的277个选择性剪接体，分析结果表明，选择性剪接在家蚕基因组中广泛地调控生物学功能。在这些基因中，家蚕性别决定重要基因Bmtra2和Bmix也被鉴定具有选择性剪接。 对于Bmtra2基因，鉴定了其的三种mRNA形式，分别命名为Bmtra2-PA、Bmtra2-PB和Bmtra2-PC。Bmtra2-PA编码蛋白与果蝇TRA2有61％的一致性，具有类似的1个RRM结构域和4个RS结构域。基因的外显子与内含子边界位点在物种间也相当保守。Bmtta2-PB与Bmtra2-PA相比，在第2内含子发生了一个可变3’位点类型的选择性剪接，从而Bmtra2-PB编码蛋白比Bmtra2-PA多11个氨基酸残基，这11个氨基酸残基紧邻于第3个RS结构域，这

论文目录

• 第一章 文献综述
• 1.1 概述
• 1.2 昆虫性别决定的多样性
• 1.3 果蝇的性别决定
• 1.3.1 体细胞的性别决定
• 1.3.2 剂量补偿
• 1.2.3 生殖系的性别分化
• 1.2.4 选择性剪接在性别决定中的调控
• 1.4 家蚕的性别决定
• 1.4.1 家蚕性染色体与性遗传
• 1.4.1.1 W染色体
• 1.3.1.2 Z染色体
• 1.3.1.3 伴性遗传与限性遗传
• 1.3.1.4 性嵌合体与间性
• 1.4.2 性别决定模式与相关基因
• 1.4.3 性别调控在蚕业上的应用
• 1.4.3.1 利用单性生殖调控性别
• 1.4.3.2 利用伴性基因调控性别
• 1.4.3.3 利用限性遗传调控性别
• 1.4.3.4 利用平衡致死系统调控性别
• 第二章 引言
• 2.1 家蚕性别调控在蚕业发展上具有重要作用
• 2.2 家蚕作为鳞翅目模式昆虫对害虫防治有重要意义
• 2.3 家蚕基因组计划与基金课题的推进
• 2.4 科学问题与主要研究内容
• 2.5 研究思路与技术路线
• 第三章 家蚕全基因组性别决定基因的生物信息学分析
• 3.1 材料和方法
• 3.1.1 数据库和基因序列来源
• 3.1.2 方法与步骤
• 3.2 结果
• 3.2.1 家蚕性别决定同源基因
• 3.2.2 家蚕性别决定网络
• 3.3 讨论
• 3.3.1 初级信号
• 3.3.2 剂量补偿
• 3.3.3 基因Sxl、tra、tra2和dsx
• 3.3.4 对家蚕性别决定网络的初步思考
• 第四章 家蚕基因组的选择性剪接及在性别决定中的功能分析
• 4.1 数据资源与方法
• 4.1.1 实验数据资源和软件包
• 4.1.2 实验材料和试剂
• 4.2 方法和步骤
• 4.2.1 基因组与EST比对的构建
• 4.2.2 选择性剪接的鉴定
• 4.2.3 选择性剪接的分类
• 4.2.4 选择性剪接的功能分析
• 4.2.5 RT-PCR验证
• 4.3 结果与分析
• 4.3.1 家蚕选择性剪接种类及其频率
• 4.3.2 家蚕选择性剪接对基因功能调控的分析
• 4.3.3 选择性剪接的RT-PCR验证
• 4.3.4 家蚕性别决定基因的选择性剪接分析
• 4.4 讨论
• 4.4.1 家蚕与其它模式生物选择性剪接的比较
• 4.4.2 tra2和ix基因的选择性剪接
• 4.4.3 选择性剪接与性别决定
• 第五章 基于基因芯片的精巢和卵巢表达谱初步分析
• 5.1 材料和方法
• 5.1.1 探针设计和芯片的制作
• 5.1.2 精巢和卵巢的RNA提取及纯化
• 5.1.3 家蚕全基因组基因芯片的杂交实验
• 5.1.4 数据处理和雌雄表达差异分析
• 5.2 结果与分析
• 5.2.1 杂交实验和数据处理
• 5.2.2 家蚕雌雄差异表达的性别决定基因
• 5.2.3 家蚕非差异表达的性别决定基因
• 5.2.4 家蚕所特有的雌雄差异表达基因
• 5.2.5 家蚕精巢与卵巢表达谱分析
• 5.3 讨论
• 5.3.1 家蚕性别决定基因的雌雄差异表达
• 5.3.2 家蚕精子发生与精子特异性基因
• 第六章 家蚕性别决定基因BmSxl的cDNA克隆和功能研究
• 6.1 材料和方法
• 6.1.1 材料和试剂
• 6.1.2 方法与步骤
• 6.2 结果与分析
• 6.2.1 BmSxl的cDNA克隆和序列分析
• 6.2.2 BmSxl在雌雄组织器官之间的表达谱
• 6.2.3 BmSxl的原核表达与重组蛋白的纯化
• 6.3 讨论
• 6.3.1 Sxl在性别决定中的功能
• 6.3.2 Sxl在性别决定中的调控
• 6.3.3 家蚕性别决定与果蝇性别决定的比较
• 6.3.4 家蚕性别决定网络调控的推论
• 6.3.5 进一步研究及展望
• 第七章 综合和结论
• 参考文献
• 附录
• 博士在读期间发表文章及参加课题情况
• 致谢