摘要: 【目的】在全基因组水平鉴定中华按蚊Anopheles sinensis化学感受蛋白(chemosensory protein,CSP)家族基因,预测该家族基因的特征,研究代表性双翅目昆虫CSP基因的系统发育和进化。【方法】在NCBI数据库中下载CSP氨基酸序列作为询问序列,通过Blast和HMM方法在全基因组水平搜索和鉴定中华按蚊、冈比亚按蚊An.gambiae、埃及伊蚊Aedes aegypti和致倦库蚊Culex quinquefasciatus的CSP家族基因并命名;通过生物信息学方法预测中华按蚊CSP家族基因的特性(基因结构、基因组定位、剪切模式、Ka/Ks比值)、保守结构域和蛋白质结构等;通过MEGA软件用最大似然法(maximum likelihood,ML)推断该家族基因的系统发育。【结果】中华按蚊、冈比亚按蚊、埃及伊蚊和致倦库蚊基因组分别有8,8,43和27个CSP家族基因。中华按蚊CSP家族基因(AsCSPs)都有全长的转录组序列,编码116(AsCSP7)335(AsCSP5)个氨基酸;7个AsCSPs分布于Scaffold51上,AsCSP8分布于Scaffold116;AsCSP1AsCSP8分别有3,2,1,1,1,2,1和2个选择性剪切模式;AsCSP3的表达量最高,其FPKM值达到385.46。AsCSPs的N端信号肽由1737个氨基酸组成,均含有4个保守的半胱氨酸位点(CYS68,CYS75,CYS94和CYS97),这些位点界定了两个二硫键(CYS68-CYS75和CYS94-CYS97)。系统发育分析结果显示,4种蚊虫的8个CSP基因各自形成明显的支系,被命名为组CSP1CSP8(CSP1-CSP8 group)。埃及伊蚊和致倦库蚊分别有35和18个CSP基因形成了一个不为按蚊所共有的特殊支系,被命名为Culicinae-specific组。替换率结果显示,中华按蚊与冈比亚按蚊同源基因对的Ka/Ks值都小于1,说明CSP家族基因在进化过程中主要是受到纯化选择作用。【结论】本研究为蚊虫,特别是中华按蚊基因组CSP家族基因提供了信息框架,为进一步开展该家族基因的功能研究奠定了基础。

摘要: 【目的】中华按蚊Anopheles sinensis是我国及东南亚重要的传疟媒介。本研究在全基因组上鉴定和分析中华按蚊微卫星并注释微卫星相关基因的功能,为遗传分子标记的筛选提供依据,也为昆虫微卫星比较基因组学进一步研究提供基础。【方法】用MISA程序鉴定中华按蚊基因组微卫星;用Excel 2010统计微卫星长度,结合微卫星序列信息编写Perl脚本计算微卫星碱基含量;结合微卫星位置信息编写Perl脚本定位微卫星出现的基因区域,并对基因区的微卫星进行GO功能注释;运用WEGO比较中华按蚊和冈比亚按蚊An.gambiae含微卫星相关基因功能注释。【结果】共鉴定出105 981个微卫星,出现的密度是365.5个/Mb。其中100 391个(94.7%)微卫星是完整型微卫星,其余5 590个(5.3%)是复合型微卫星。单碱基微卫星最为丰富,共58 837个,占总微卫星数量的55.5%,其余依次是二碱基(30 345个,占28.6%)、三碱基(15 104个,占14.3%)、四碱基(1 530个,占1.4%)、五碱基(121个,占0.1%)和六碱基(44个,少于0.1%)微卫星。(A)n为最主要的微卫星,其次是(AC)n,(AG)n,(C)n,(AGC)n,(ATC)n,(ACG)n和(ACC)n,数量都在2 000个以上。中华按蚊基因组微卫星长度以1020 bp为主(87.1%)。这些微卫星的AT含量(63%)明显高于GC含量(37%),仅三碱基微卫星的GC含量(53%)略高于AT含量(47%)。90 632个微卫星(85%)分布在基因间区,15 349个(15%)微卫星分布在基因区。在基因区,2 782个(3%)微卫星分布在外显子区,12 567个(12%)分布在内含子区。GO注释比较中华按蚊和冈比亚按蚊含微卫星的基因,发现这两个物种各小类基因所占总基因数的百分比基本一致,但电子传递类(electron carrier)基因在中华按蚊所占百分比(0.9%)明显高于冈比亚按蚊(0.1%)。【结论】这是蚊虫中首个在全基因组上系统的微卫星研究工作,为进一步通过微卫星作为分子标记开展中华按蚊种群遗传学、遗传变异、功能基因的遗传定位和调控机制研究奠定了基础,也为昆虫微卫星的多样性和进化研究积累了科学素材。

摘要: 【目的】鉴定中华按蚊Anopheles sinensis基因组上的CPF家族表皮蛋白基因,分析其基因结构和特征,推测其可能的生物学功能;同时比较研究代表性蚊种的CPF家族基因,提供CPF家族基因的信息框架。【方法】基于中华按蚊An.sinensis、冈比亚按蚊An.gambiae、微小按蚊An.minimus、埃及伊蚊Aedes aegypti、致倦库蚊Culex quinquefasciatus和黑腹果蝇Drosophila melanogaster全基因组序列,以冈比亚按蚊CPF家族基因序列为询问序列,采用BLASTP,TBLASTN和HMM方法鉴定这些物种的CPF家族基因;利用生物信息学方法预测中华按蚊CPF家族基因的结构、剪切模式、信号肽、跨膜区、结构域和3D结构等;采用最大似然法(maximum likelihood,ML)构建这些物种的系统发生关系,推断CPF家族基因的起源和进化。【结果】中华按蚊、冈比亚按蚊、微小按蚊、埃及伊蚊、致倦库蚊和黑腹果蝇全基因组共有4,4,4,3,3和3个CPF家族基因。中华按蚊的CPF基因被分别命名为As CPF1,As CPF2,As CPF3和As CPF4,这些As CPF基因的全长c DNA序列分别为736,2 021,531和1 001 bp,分别编码219,345,148和185个氨基酸。As CPF1,As CPF2和As CPF3仅含有一个内含子,但As CPF4含有3个内含子,所有内含子均为0位内含子。As CPF1,As CPF2,As CPF3和As CPF4分别有3,2,1和2个不同的选择性剪切子。As CPF3的表达量最高,其次是As CPF4,As CPF2和As CPF1。推测的As CPF1,As CPF2,As CPF3和As CPF4的理论分子量分别为22.86,36.47,15.08和18.66 k D,等电点分别为9.08,8.97,9.44和9.16。As CPF家族蛋白含有保守的44个氨基酸基序和C-末端基序;As CPF1,As CPF3和As CPF4具有信号肽,为分泌型蛋白,而As CPF2缺乏信号肽,为非分泌蛋白。二级结构分析显示,4个As CPF均具有α-螺旋,无规卷曲和延伸链,只有As CPF4有一段跨膜片段,位于第5-27位氨基酸。系统发育分析显示,CPF3基因可能是最早分化出来的CPF家族基因,CPF1和CPF2基因可能是同一祖先基因经过一个基因重复事件分化形成的,CPF4基因很可能是按蚊所特有的,是最晚分化出来的CPF基因。以冈比亚按蚊为对照,替换率分析显示,中华按蚊CPF表皮蛋白的Ka/Ks值均小于1,表现出纯化选择。【结论】对中华按蚊CPF家族基因在全基因组上的鉴定和特征分析,及对代表性蚊虫CPF家族基因的比较分析,揭示了蚊虫CPF家族基因的多样性、结构和氨基酸特征以及起源和进化,这为该家族基因的进一步研究和利用提供了信息基础。

摘要: 【目的】雌蚊需要吸食血液以完成营养生殖循环,血液蛋白的消化会释放大量的游离血红素。血红素是促氧化剂,必须严格调控血红素的动态平衡。血红素加氧酶(heme oxygenase,HO)在血红素的动态平衡调控中起着关键的作用,但不同昆虫HO代谢血红素的途径有差异。本研究旨在鉴定和表达分析中华按蚊Anopheles sinensis的HO-1基因,研究HO-1和血红素在血餐后的动态变化过程,为进一步研究中华按蚊血红素的动态平衡调控机制奠定基础。【方法】通过分析中华按蚊的转录组数据鉴定HO-1基因,采用实时定量PCR技术分析该基因在不同组织和在取食血液、葡萄糖前后的表达谱,并测定取食血液后中肠中不同时间的血红素浓度。【结果】鉴定到中华按蚊血红素加氧酶1基因,命名为As HO-1(Gen Bank登录号为KP994552)。As HO-1开放阅读框长729 bp,编码242个氨基酸。定量PCR表达分析发现,As HO-1在幼虫和成虫的中肠和中肠外组织(仅去掉中肠的虫体)中都有表达,中肠外组织中的表达水平显著高于中肠中的表达水平。As HO-1在吸食血液后的中肠中上调明显,而在中肠外组织中的表达变化较小。吸食葡萄糖后,中肠中As HO-1在6-12 h表达上升,最高上升了4.2倍,而在吸食血液后As HO-1在12-24 h表达上升,最高上升了11.67倍。中肠中的血红素含量在吸食血液后的3 h即开始迅速上升,6 h达到最高,18 h开始下降。【结论】研究结果说明As HO-1在血餐后表达水平显著上调,有可能与血红素的动态调节有关,但有待进一步验证。除中肠外,As HO-1基因还在幼虫期和在成蚊的中肠外组织中高表达,说明As HO-1基因还可能参与中华按蚊的其他多种生理过程。

摘要: 【目的】doublesex是控制昆虫性别分化的关键基因,决定了昆虫体细胞与生殖细胞的性别。本研究旨在克隆、鉴定重要疟疾媒介冈比亚按蚊Anopheles gambiae性别决定基因doublesex(Angdsx),分析其在雌雄个体内的剪切体及在不同发育时期的表达模式。【方法】基于冈比亚按蚊转录组数据库,比对到Angdsx相关片段,分别以雌雄成蚊c DNA为模板,采用RT-PCR与RACE方法克隆分别获得雌雄个体内Angdsx全长基因,利用生物信息软件对所得序列进行结构域预测、氨基酸序列比对和进化树分析。根据Angdsx特异性表达引物,利用RT-PCR方法研究其在冈比亚按蚊雌雄个体及不同发育时期的表达谱。【结果】分别从冈比亚按蚊雌雄成虫中克隆获得Angdsx c DNA全长序列,分别命名为AngdsxF(Gen Bank登录号:KM978937)和AngdsxM(Gen Bank登录号:KM978938)。Angdsx位于2号常染色体右臂,基因横跨接近80 kb基因组长度。AngdsxF长度为4 874 nt,编码长度为265个氨基酸的雌性特异性蛋白DSXF;AngdsxM长度为3 183 nt,编码长度为633个氨基酸的雄性特异性蛋白DSXM。结构域分析发现Angdsx包括doublesex保守的TRA/TRA-2结合位点、dsx重复序列、富含精氨酸/丝氨酸双肽区、多聚嘌呤增强子序列和RNA结合蛋白结合序列,以及连续的双核苷酸GT为主的重复序列。与AngdsxF相比,AngdsxM具有一个雌性特异性的外显子。AngdsxM在0-2 h卵中高表达,随后逐渐减少,在12-24 h卵中降至最低,之后再次升高;AngdsxF则在6-8 h卵中开始表达。【结论】本研究获得了冈比亚按蚊性别决定基因Angdsx在雌雄个体内的全长序列,Angdsx具有保守的结构域与表达特征。本研究结果为蚊虫性别分化的分子机制及将其最终应用于显性致死昆虫施放技术进行蚊媒的防制提供了理论基础。