野蠶來(lái)源的家蠶幼蟲(chóng)體色形成分子機(jī)制初探.pdf

1、生物的體表著色是一種非常普遍的現(xiàn)象，每一個(gè)生物個(gè)體都有自己獨(dú)有的區(qū)別于同種生物和其他生物的著色模式。生物的著色有著諸多的功能，不僅能適應(yīng)所生存的環(huán)境，躲避天敵的捕食；還參與自身發(fā)育，具有保護(hù)生物體表和DNA免受紫外線(xiàn)的損傷的功能。昆蟲(chóng)(幼蟲(chóng)和成蟲(chóng))體表具有豐富多樣的體色和著色模式，對(duì)昆蟲(chóng)著色分子機(jī)制的研究發(fā)現(xiàn)，色素物質(zhì)合成代謝途徑中相關(guān)基因的突變和上游調(diào)控基因的調(diào)節(jié)，就會(huì)產(chǎn)生出新的體表著色和增加著色多態(tài)性。在人中，色素合成途徑中基因的突

2、變也會(huì)造成人毛發(fā)、眼色、皮膚著色的改變，通常這些著色變化伴隨著相關(guān)疾病的發(fā)生。
　　 昆蟲(chóng)作為生物界中數(shù)量最多的一類(lèi)生物，其體表?yè)碛胸S富的著色多樣性，但到目前為止，人們對(duì)于昆蟲(chóng)表皮著色分子機(jī)制的理解還非常有限。家蠶(Bombyxmori)是從中國(guó)的野桑蠶馴化而來(lái)，大約有五千年的歷史。作為一種重要的模式昆蟲(chóng)，家蠶和蝴蝶、果蠅等昆蟲(chóng)一樣有著豐富的著色多樣性。家蠶全基因組框架圖等重大項(xiàng)目的完成，為我們研究家蠶體表著色的分子機(jī)制提供了大

3、量的數(shù)據(jù)。同時(shí)西南大學(xué)家蠶基因資源庫(kù)保存了近1000個(gè)突變體，其中很多是體色相關(guān)的突變體。因此家蠶可以作為一個(gè)很好的生物著色研究的進(jìn)化模型和人類(lèi)疾病模型。
　　 本研究以961B和961C兩個(gè)家蠶材料作為研究材料。961B和961C是1996年春季由家蠶(激華)與野蠶雜交育成的兩個(gè)材料。家蠶961B幼蟲(chóng)體表著色模式簡(jiǎn)單，全身為白色；961C幼蟲(chóng)期壯蠶從4眠前后體表著色差別很大，4眠前體表著色主要為黑色，伴以白色相間且不均勻，在靠

4、近眼狀紋的兩側(cè)有很大一塊呈現(xiàn)出白色，在靠近尾部的兩側(cè)也為白色，當(dāng)進(jìn)入眠期到5齡起，其表皮著色發(fā)生顯著改變，全身呈現(xiàn)出棕褐色，靠近頭部的表皮和其他的位置的表皮帶有淺紅色，5齡前的白色著色已不復(fù)存在，隨著家蠶的生長(zhǎng)發(fā)育，其表皮的顏色變淺，越來(lái)越接近桑樹(shù)枝的樹(shù)皮顏色，最后與桑樹(shù)枝的顏色形成一體。采用超顯微技術(shù)(TEM)、高效液相色譜法(HPLC)及分子生物技術(shù)在細(xì)胞、生理生化及分子水平上比較兩個(gè)家蠶材料表皮著色的差別，來(lái)探究家蠶表皮著色的分子

5、機(jī)制。主要的研究?jī)?nèi)容及結(jié)果如下：
　　 1.表皮超顯微水平上的比較選取961B和961C兩個(gè)家蠶5齡1天表皮，經(jīng)固定，染色、切片、透射電子顯微鏡觀察發(fā)現(xiàn)，961B表皮的真皮細(xì)胞含有大量的尿酸鹽顆粒，在角質(zhì)層沒(méi)有黑色物質(zhì)存在。而在961C表皮的真皮細(xì)胞也含有較多的尿酸鹽顆粒，但數(shù)量比961B的要少，同時(shí)真皮細(xì)胞里還含有數(shù)量巨大、形狀大小均一但顏色不一樣的眼色素顆粒；在角質(zhì)層含有形態(tài)差別較大的黑色素顆粒復(fù)合物。
　　 2.黑

6、色素前體物質(zhì)的含量測(cè)定我們分別提取了961B和961C三個(gè)主要時(shí)期(四齡三天、四眠、五齡一天)的表皮的黑色素前體物質(zhì)的混合物，通過(guò)高效液相色譜法(HPLC)來(lái)測(cè)定黑色素合成途徑中三種前體物質(zhì)(多巴、多巴胺和N-β丙氨酰多巴胺)的含量。結(jié)果發(fā)現(xiàn)：(1)作為黑色素合成路徑上的上游物質(zhì)多巴在兩個(gè)家蠶材料表皮中的含量差異不顯著。最后一個(gè)時(shí)期的含量是前兩個(gè)時(shí)期含量的兩倍多。(2)多巴胺在兩個(gè)家蠶材料之間的差異顯著，961C中的含量在三個(gè)時(shí)期都比9

7、61B的要高，且在4眠的含量比另外兩個(gè)時(shí)期高。(3)N-β丙氨酰多巴胺在兩個(gè)家蠶材料表皮中的含量在三個(gè)時(shí)期呈增加的趨勢(shì)，在最后一個(gè)時(shí)期增幅比較大，且961C中的含量在三個(gè)時(shí)期都比961B的要高。
　　 3.色素代謝途徑上基因的表達(dá)譜分析通過(guò)RT-PCR及q-PCR檢測(cè)色素代謝途徑中11個(gè)基因在9個(gè)組織及10個(gè)時(shí)期的表達(dá)情況。發(fā)現(xiàn)在961B和961C兩個(gè)材料中8個(gè)基因組織表達(dá)情況相似，而B(niǎo)mYellow-f、BmKynu和BmGT

8、PCHI三個(gè)基因在兩個(gè)家蠶材料中組織表達(dá)情況有較大的區(qū)別。961B和961C在不同時(shí)期基因表達(dá)模式類(lèi)似，但在四眠之后961C的表達(dá)量比961B對(duì)應(yīng)的時(shí)期要高很多。同時(shí)在961C材料中，在四眠之后BmTH、BmDDC、BmDat的表達(dá)量顯著增加。
　　 生物表皮的著色是由多基因構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)共同決定的，通過(guò)在細(xì)胞、生理生化以及分子水平上的研究，我們發(fā)現(xiàn)家蠶表皮中尿酸顆粒的含量不同；BmYellow-f、BmKynu和BmGTPCH