摘要: 【目的】本研究旨在利用Oxford Nanopore测序技术组装和注释东方蜜蜂微孢子虫Nosema ceranae的高质量全长转录组。【方法】采用Nanopore PromethION系统对东方蜜蜂微孢子虫的纯净孢子进行转录组测序。通过识别每条clean read两端引物鉴定全长转录本序列。利用Blast工具将全长转录本比对Nr, Swiss-Prot, KOG, eggNOG, Pfam, GO和KEGG数据库,获得相应注释信息。分别利用蛋白结构域分析方法CPC, CNCI, CPAT和Pfam对长链非编码RNA(long noncoding RNA, lncRNA)进行预测,获得高可信度lncRNA。利用CPM(counts per million)法计算每一条全长转录本的表达量。【结果】利用Nanopore PromethION系统对东方蜜蜂微孢子虫转录组测序共测得6 988 795条raw reads,经质控获得6 953 469条clean reads,其中包含5 143 999条全长转录本。共鉴定到10 243条非冗余全长转录本,N50和平均读长分别为1 042 bp和894 bp,最大读长为4 855 bp。有9 342, 4 038, 4 283, 2 569, 4 859和3 450条全长转录本分别注释到Nr, KOG, eggNOG, Pfam, GO和KEGG数据库。注释到东方蜜蜂微孢子虫、蜜蜂微孢子虫Nosema apis和家蚕微孢子虫Nosema bombycis的全长转录本数量最多。共鉴定到87条高可信度lncRNA,包含49条正义链lncRNA(sense lncRNA)、25条反义链lncRNA(anti-sense lncRNA)和13条基因间区lncRNA。本研究的测序量足以检测到全部表达的全长转录本,全长转录本的表达量(CPM)范围在0.1到10 000以上。【结论】本研究构建和注释了东方蜜蜂微孢子虫的高质量全长转录组数据,可为病原的比较转录组分析、转录本的可变剪接和可变腺苷酸化分析、简单重复序列(simple sequence repeat, SSR)位点挖掘、基因结构优化以及基因全长序列克隆及功能研究提供关键基础。

摘要: 【目的】本研究旨在初步明确家蚕微孢子虫Nosema bombycis海藻糖酶3(NbTre3)的功能,为家蚕Bombyx mori微粒子病的防治提供理论依据和线索。【方法】通过PCR扩增NbTre3,构建原核表达载体pET28a-NbTre3;经IPTG诱导在大肠杆菌Escherichia coli中表达重组蛋白NbTre3,Western blot检测目的蛋白;Ni柱亲和层析法对重组蛋白NbTre3进行纯化,用获得的NbTre3免疫新西兰兔制备多克隆抗体;利用间接免疫荧光技术对成熟家蚕微孢子虫中的NbTre3进行定位;qRT-PCR检测家蚕微孢子虫感染家蚕5龄起蚕后不同时间中肠中NbTre3的转录水平;通过分别注射siRNA-1, siRNA-2和siRNA-3进行RNAi,qRT-PCR检测RNAi后不同时间感染家蚕微孢子虫的家蚕5龄起蚕中肠中NbTre3和16S rRNA的转录水平。【结果】成功纯化并获得重组目的蛋白NbTre3,大小约为34 kD。免疫新西兰兔后,收集血清,纯化获得NbTre3多克隆抗体,经Western blot鉴定正确。间接免疫荧光结果显示NbTre3主要分布在成熟家蚕微孢子虫孢原质中。qRT-PCR结果表明,家蚕微孢子虫感染后6 h时家蚕5龄起蚕中肠中NbTre3的表达量最高;siRNA抑制NbTre3的表达后,家蚕微孢子虫16S rRNA的转录水平没有明显的变化。【结论】结果提示NbTre3可能在家蚕微孢子虫感染初期的发芽过程中发挥重要的作用。

摘要: 【目的】本研究旨在通过差异表达基因(differentially expressed gene, DEG)分析以及毒力因子和其他侵染相关因子分析,在转录组水平揭示东方蜜蜂微孢子虫Nosema ceranae侵染意大利蜜蜂Apis mellifera ligustica的分子机制。【方法】基于前期已获得高质量的东方蜜蜂微孢子虫纯化孢子(NcCK)及侵染意大利蜜蜂工蜂7和10 d的东方蜜蜂微孢子虫(分别为NcT1和NcT2)转录组数据,根据P≤0.05且|log_2(Fold change)|≥1的标准,通过比较分析筛选出NcCK vs NcT1, NcCK vs NcT2和NcT1 vs NcT2比较组的DEG。通过相关生物信息学软件对上述DEG进行Venn分析、GO分类和KEGG代谢通路富集分析。根据Nr和KEGG数据库注释信息和相关文献进行对东方蜜蜂微孢子虫的毒力因子和侵染相关因子的统计和分析。通过RT-qPCR验证转录组数据及DEG表达趋势。【结果】从NcCK vs NcT1, NcCK vs NcT2和NcT1 vs NcT2比较组分别鉴定出1 397, 1 497和52个DEG。Venn分析结果显示各比较组共有的上调和下调基因分别为10和1个。GO分类结果显示,NcCK vs NcT1和NcCK vs NcT2中DEG富集数最多的功能条目为代谢进程、细胞进程、单组织进程、细胞、细胞组件、细胞器、催化活性和结合,而NcT1 vs NcT2中DEG富集数最多的是代谢进程、细胞进程、单组织进程、催化活性和结合。KEGG代谢通路富集分析结果显示,NcCK vs NcT1和NcCK vs NcT2中DEG分别富集到80和79条通路;富集在糖酵解/糖异生和MAPK信号通路的上调基因数量多于下调基因。毒力因子分析结果显示,孢壁蛋白9基因和孢壁蛋白12基因在NcCK vs NcT1和NcCK vs NcT2中均下调表达,孢壁蛋白8基因仅在NcCK vs NcT1中表达量下调;此外孢壁蛋白前体基因、孢壁和锚定盘复合蛋白基因、几丁质合酶基因、极管蛋白基因、蓖麻毒素B凝集素基因的表达水平在NcCK vs NcT1和NcCK vs NcT2中表现为上调。侵染相关因子分析结果表明,糖酵解途径的3个关键酶基因在NcCK vs NcT1和NcCK vs NcT2中上调表达;3个涉及ATP/ADP移位酶的基因在NcCK vs NcT1和NcCK vs NcT2中上调表达,但有1个表达量下调;2个涉及ABC转运蛋白的基因在NcCK vs NcT1和NcCK vs NcT2中上调表达,另有4个下调表达。RT-qPCR结果证实了本研究中转录组数据及DEG表达趋势的真实可靠性。【结论】本研究通过比较分析解析东方蜜蜂微孢子虫侵染意大利蜜蜂工蜂过程的转录组动态,揭示了孢壁蛋白、孢壁和锚定盘复合蛋白、几丁质酶、极管蛋白和蓖麻毒素B凝集素等毒力因子编码基因,以及己糖激酶、丙酮酸激酶、6-磷酸果糖激酶、ATP/ADP移位酶和ABC转运蛋白等侵染相关因子编码基因在病原增殖中扮演重要角色,为阐明东方蜜蜂微孢子虫的侵染机制提供了基础。

摘要: 【目的】本研究旨在阐明家蚕微孢子虫Nosema bombycis感染不同时间对家蚕Bombyx mori幼虫不同组织中家蚕海龟蛋白(Bombyx Turtle, Bmtutl)基因表达水平的影响,为揭示家蚕微孢子虫的侵染机制奠定基础。【方法】利用生物信息学方法对家蚕海龟蛋白3种亚型Bmtutl-464, Bmtutl-519和Bmtutl-810的序列结构特征进行了分析;利用qPCR检测家蚕微孢子虫感染后12, 24, 48, 72, 96和120 h,家蚕幼虫中肠、血淋巴与脂肪体组织中Bmtutl-464,Bmtutl-519和Bmtutl-810基因表达水平的变化情况。【结果】家蚕海龟蛋白3种亚型的二级结构均主要由无规则卷曲、α螺旋、β转角和延伸链组成,其中无规则卷曲所占比例最高。但是PredictProtein分析发现,Bmtutl-464, Bmtutl-519和Bmtutl-810之间的蛋白/多核苷酸结合位点存在较大差异。qPCR结果表明,感染家蚕微孢子虫后,家蚕幼虫中肠、血淋巴与脂肪体组织中Bmtutl-464,Bmtutl-519和Bmtutl-810基因的整体表达处于被抑制状态,尤其在脂肪体中最为明显:Bmtutl-519和Bmtutl-810基因的表达在家蚕微孢子虫感染家蚕后的72 h开始受到显著抑制,特别是Bmtutl-519基因,其相对表达水平均不到对照的5.0%。【结论】家蚕海龟蛋白这3种亚型的序列结构特征存在较大差异,家蚕微孢子虫感染在一定程度抑制了家蚕幼虫中肠、血淋巴与脂肪体组织中Bmtutl-464,Bmtutl-519和Bmtutl-810基因尤其是Bmtutl-519的表达。结果说明,与其他两种家蚕海龟蛋白亚型相比,Bmtutl-519蛋白可能在家蚕微孢子虫侵染宿主的过程中起主要作用。

摘要: 【目的】以西方蜜蜂Apis mellifera工蜂肠道为例探究组织透明化技术——丙烯酰胺交联替换脂质透明硬化成像/免疫染色/原位杂交兼容组织水凝胶(clear lipid-exchanged acrylamide-hybridized rigid imaging/immunostaining/in situ hybridization-compatible tissue-hYdrogel, CLARITY)在昆虫组织上的应用,确定CLARITY与荧光原位杂交(FISH)相结合在昆虫肠道组织透明化中的适用性。【方法】依照CLARITY技术操作程序,用水凝胶固定西方蜜蜂肠道,并以被动方式透明化,再用靶向东方蜜蜂微孢子虫Nosema ceranae 16S rRNA带异硫氰酸荧光素(fluorescein isothiocyanate, FITC)标记和靶向真核细胞18S rRNA带Texas RED标记的寡核苷酸荧光探针进行肠道组织的荧光原位杂交,然后用DAPI(蓝色)进行细胞核复染,通过激光共聚焦显微镜观察透明化的染色组织。【结果】首次成功将西方蜜蜂肠道组织透明化。在激光共聚焦显微镜下,观察到马氏管的原始分布形态,以及东方蜜蜂微孢子虫在中肠末端分布更密集的空间分布特征,并实现了对肠道组织的3D重构。【结论】CLARITY能应用于蜜蜂肠道组织透明化,透明化组织能进行原位杂交和激光共聚焦观察。CLARITY和FISH相结合免除抗体制备和石蜡切片的麻烦,直观展示肠道内部的真实状态,为昆虫生理病理研究提供了一种可靠特异的标记方法。