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生物信息学是二十世纪八十年代末,随着基因组数据的迅猛增长而逐渐新兴起来的一门学科。该学科由生物学、计算机科学、数学和物理学等学科相互交叉而形成,通过对基因组等实验数据的加工、存储、分析及检索来揭示数据中的生物学意义。生物信息学的快速发展为生物学数据的分析整理提供了强有力的工具,为实现从功能基因组学向结构基因组学和蛋白质组学的战略转变提供了有力的保障。
家蚕是重要的经济昆虫,蚕丝业是我国拥有5000多年悠久历史的传统产业,从古至今在社会经济文化生活中占有重要地位。同时家蚕也是鳞翅目的模式昆虫。2003年10月由西南农业大学蚕桑学重点实验室为主导的中国科学家完成了家蚕基因组工作框架图。家蚕功能基因组学的研究将为全面、准确的了解家蚕生物性状的遗传基础和分子调控机制,为改善提高蚕丝产业提供了理论基础和技术支持,也为简明基础生物学现象提供了基础。通过比较基因组学研究,同样对人类相关基因和农林业科学研究等学科的发展具有重要意义。
本论文课题通过利用实验和生物信息学相结合的方法克隆得到了家蚕三条新基因,并对这些基因做了初步的结构和功能分析。主要研究结论如下:
(1)利用电子克隆方法得到了家蚕天冬酰胺酸合成酶(Asparagine synthetase,AS)基因。天冬酰胺酸合成酶是催化合成天冬酰胺酸的主要酶类,参与了动物体内营养调节。利用荧光定量PCR(qPCR)分析,发现家蚕AS基因在停食48小时情况下表达量有所提高,但在添食BmNPV病毒情况下表达变化不大。利用PET-28(a+)表达系统,在大肠杆菌中表达了该基因,得到了正常的表达带。基因结构分析发现该基因含有两个外显子和一个内含子,在家蚕基因组中为单拷贝基因。
(2)利用5’-RACE技术,在家蚕中克隆家蚕瘫痪肽结合蛋白(B.mori paralytic peptide binding protein,PP-BP)基因。该蛋白与粘虫的生长阻抑肽结合蛋白同源,可能参与调节细胞免疫应答的终端调控。通过RT-PCR研究发现,该蛋白基因在血淋巴中大量表达。利用实时荧光定量PCR(Real-time quantitative PCR)技术分析发现该基因在家蚕添食BmNPV病毒后的表达量大大增强。基因结构分析发现该基因具有两个外显子和一个内含子。
(3)利用同源筛选策略,通过电子克隆的方法获得了家蚕的转化增长β因子诱导核内蛋白(TGF beta—inducible nuclear protein1,TINP1)基因。人类TINP1蛋白可能参与了肿瘤细胞后期功能的表达。通过半定量RT—PCR分析发现,在添食BmNPV病毒情况下,该基因在BmNPV敏感品系306的中肠组织中大量转录表达。构建进化树分析,发现家蚕TINP1蛋白与伊蚊同源蛋白具有89%的相似性。