毒蕈碱型乙酰胆碱受体类似物在拟黑多刺蚁和意大利蜜蜂中的定位研究

论文摘要

昆虫脑内胆碱能系统在中枢神经系统中起着重要作用，参与感觉、运动、学习、记忆等生理活动，与昆虫的复杂行为密切相关，一直以来就是科学研究的热点问题。胆碱能系统中存在两类重要的受体，即烟碱型受体（nicotinic acetylcholine receptor，nAChR）和毒蕈碱型受体（muscarinic acetylcholine receptor，mAChR）。根据其药理学特点毒蕈碱型受体又分为两大类，M1类激活型受体和M2类抑制型受体。目前已发现的昆虫mAChR属于M1类受体。在昆虫中，M2类受体一直未见报道。社会性昆虫行为复杂，具有十分高级的神经系统。本实验选取社会性昆虫中两个代表种——拟黑多刺蚁和意大利蜜蜂——为研究材料。拟黑多刺蚁（Plyhachis vicina Rogher）是一种群居生活而且分工明确的社会性昆虫，同时它也是具有极高药用价值的一类昆虫；意大利蜜蜂（Apis mellifera ligustica Spinola）是我国许多省区饲养的主要蜂种之一。采用石蜡组织包埋切片技术、链霉亲合素-生物素-过氧化物酶（SABC）免疫组织化学方法，研究毒蕈碱型乙酰胆碱受体类似物在拟黑多刺蚁和意大利蜜蜂不同组织中的分布；最后用生物信息学方法分析蜜蜂类似毒蕈碱型乙酰胆碱受体基因并对其进行功能预测。研究结果如下：1．拟黑多刺蚁脑部存在毒蕈碱Ⅱ型乙酰胆碱受体类似物；且拟黑多刺蚁不同品级间毒蕈碱Ⅱ型乙酰胆碱受体类似物的表达明显不同，该受体类似物可能在拟黑多刺蚁不同品级蚂蚁的行为分化中起着一定的作用；毒蕈碱Ⅱ型乙酰胆碱受体类似物在拟黑多刺蚁脑内的外触角神经通路、中触角神经通路、内触角神经通路上均有表达。2．用HE染色对意大利蜜蜂工蜂脑部结构进行显微观察，分出明显的三个部分，前脑、中脑、后脑。意大利蜜蜂工蜂脑部有毒蕈碱Ⅱ型乙酰胆碱受体类似物阳性表达，且表达区域与拟黑多刺蚁工蚁不同，主要分布在脑腹体与蕈形体冠相连的神经纤维通路上、侧前脑叶、腹后视连合、后脑食道下神经节。3．外围神经系统中，拟黑多刺蚁在神经末梢和肌肉结合处有毒蕈碱Ⅱ型乙酰胆碱受体类似物表达。工蚁头部口器肌中的上颚肌（背展肌和背收肌）处神经末梢有毒蕈碱Ⅱ型乙酰胆碱受体类似物阳性反应；雄蚁胸部纵肌和背腹肌处神经末梢有毒蕈碱Ⅱ型乙酰胆碱受体类似物阳性反应。另外意大利蜜蜂工蜂胸部肌肉处神经末梢也检测到毒蕈碱Ⅱ型乙酰胆碱受体类似物阳性反应。4．利用生物信息学方法分析意大利蜜蜂类似毒蕈碱型乙酰胆碱受体基因（XM395760），得到该基因的EST组成、染色体定位和氨基酸组成、等电点、疏水／亲水区、跨膜区等蛋白性质；并与其它物种的同源蛋白比较，分析保守序列的功能特点；结合已有实验结论和PROSITE数据库中的预测信息，推测出其功能位点。最后用Mega 3.0分析获得了12个物种毒蕈碱型乙酰胆碱受体的遗传距离，建立系统发育树。本研究首次证实M2型乙酰胆碱受体类似物在社会性昆虫神经系统中普遍存在，研究了其在拟黑多刺蚁和意大利蜜蜂神经系统的分布情况。但要详细阐明社会性昆虫中毒蕈碱Ⅱ型乙酰胆碱受体类似物的功能，还需要进一步从药理学方面和分子水平做深入研究。希望我们的工作能为今后深入研究社会性昆虫毒蕈碱型乙酰胆碱受体的结构和功能，提供理论依据。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1 社会性昆虫概述
• 1.1 膜翅目社会性昆虫分类地位、种类及其在生态系统中的作用
• 1.1.1 膜翅目社会性昆虫分类地位、种类
• 1.1.2 膜翅目社会性昆虫蚁类和蜜蜂类在生态系统中的作用
• 1.2 拟黑多刺蚁简介
• 1.2.1 拟黑多刺蚁外部形态和内部结构
• 1.2.2 拟黑多刺蚁品级、发育和生境
• 1.3 意大利蜜蜂简介
• 1.3.1 意大利蜜蜂外部形态和内部结构
• 1.3.2 意大利蜜蜂品级、发育和生境
• 2 毒蕈碱型乙酰胆碱受体概述
• 2.1 毒蕈碱型乙酰胆碱受体的分子结构
• 2.2 毒蕈碱型乙酰胆碱受体在哺乳动物中的分型及其功能位点
• 2.3 毒蕈碱型乙酰胆碱受体在昆虫中的研究现状
• 第二章 毒蕈碱Ⅱ型乙酰胆碱受体类似物在拟黑多刺蚁不同品级脑中的表达
• 1 材料和研究方法
• 1.1 实验材料
• 1.2 实验试剂
• 1.3 实验流程
• 1.4 对照处理
• 1.5 图像分析
• 2 结果
• 2.1 毒蕈碱Ⅱ型乙酰胆碱受体类似物在工蚁脑中的分布
• 2.2 毒蕈碱Ⅱ型乙酰胆碱受体类似物在婚飞前、后雌蚁脑中的分布
• 2.2.1 婚飞前雌蚁
• 2.2.2 婚飞后雌蚁
• 2.3 毒蕈碱Ⅱ型乙酰胆碱受体类似物在婚飞前雄蚁脑中的分布
• 2.4 图像分析及统计结果
• 3 讨论
• 第三章 毒蕈碱Ⅱ型乙酰胆碱受体类似物在意大利蜜蜂工蜂脑中的表达
• 1 材料和研究方法
• 1.1 实验材料
• 1.2 实验试剂
• 1.3 实验流程
• HE染色流程
• 免疫组化流程
• 1.4 对照处理
• 1.5 图像分析
• 2 实验结果及讨论
• 2.1 实验结果
• 2.1.1 意大利蜜蜂工蜂脑部结构
• 2.1.2 意大利蜜蜂工蜂脑部毒蕈碱Ⅱ型乙酰胆碱受体类似物的分布
• 2.2 图像分析及统计结果
• 2.3 讨论
• 第四章 毒蕈碱Ⅱ型乙酰胆碱受体类似物在拟黑多刺蚁神经肌肉结合处的表达
• 1 材料和研究方法
• 1.1 实验材料
• 1.2 实验试剂
• 1.3 实验流程
• 1.4 对照处理
• 1.5 图像分析
• 2 实验结果和讨论
• 2.1 结果
• 2.2 图像分析及统计结果
• 2.3 讨论
• 第五章 意大利蜜蜂类似毒蕈碱型乙酰胆碱受体基因的生物信息学分析
• 1 材料与方法
• 1.1 重要数据库和软件
• 2 结果与分析
• 2.1 预测基因定位分析
• 2.2 意大利蜜蜂类似毒蕈碱型乙酰胆碱受体基因编码蛋白的基本性质分析
• 2.2.1 氨基酸组成、分子量、等电点分析
• 2.2.2 疏水性和跨膜区分析
• 2.3 意大利蜜蜂类似毒蕈碱型乙酰胆碱受体基因编码蛋白功能预测
• 2.4 意大利蜜蜂类似毒蕈碱型乙酰胆碱受体基因编码蛋白分子进化分析
• 3 讨论
• 总结
• 参考文献
• 图版与图版说明
• 致谢
• 攻读硕士期间研究成果