組蛋白乙?；瘜?duì)東亞飛蝗兩型轉(zhuǎn)變行為的影響研究.pdf

1、飛蝗是一種洲際性重大農(nóng)業(yè)害蟲,其中以分布最廣、危害最大的東亞飛蝗為代表.飛蝗呈現(xiàn)出良好的表型可塑性,可以應(yīng)對(duì)不同的種群密度壓力條件,在孤獨(dú)的散居型和聚集的群居型兩者之間相互轉(zhuǎn)變.二者之間的體色、行為和生理學(xué)等各方面均存在著顯著的差異.散居型向群居型表型轉(zhuǎn)變并且長(zhǎng)距離遷飛被看作是蝗災(zāi)爆發(fā)的關(guān)鍵因素.
　　在飛蝗型變的整個(gè)過程中,最容易觀察到的變化特征就是行為的改變.群居型個(gè)體表現(xiàn)得異?；钴S;而散居型個(gè)體則處于較為安靜的狀態(tài).為了對(duì)飛

2、蝗的行為進(jìn)行精確定量的研究,我們基于二元邏輯斯蒂回歸方程的分析,共篩選出了11個(gè)與兩型行為密切相關(guān)的特征參數(shù),建立了兩套定量測(cè)定飛蝗個(gè)體行為型狀態(tài)(behavioral phase state)的檢測(cè)方法,分別為開放運(yùn)動(dòng)實(shí)驗(yàn)檢測(cè)法(Open Field Test，OFT)和強(qiáng)迫游泳實(shí)驗(yàn)檢測(cè)法(Forced Swimming Test，F(xiàn)ST).通過這兩種行為檢測(cè)方法,可以很好地將散居型和群居型飛蝗個(gè)體的行為型狀態(tài)區(qū)分開來,這對(duì)于進(jìn)一步闡

3、釋飛蝗兩型轉(zhuǎn)變的分子機(jī)理具有重要意義.
　　組蛋白乙?；且环N重要的蛋白質(zhì)翻譯后修飾方式,分別由組蛋白乙?；D(zhuǎn)移酶(histone acetyltransferases，HATs)和組蛋白去乙?；?histone deacetylases，HDACs)共同催化調(diào)節(jié).生物體內(nèi)的乙?；瘎?dòng)態(tài)水平控制著染色質(zhì)活性和相關(guān)基因的表達(dá),通常組蛋白乙酰化升高(hyperacetylation)激活相關(guān)基因的表達(dá);而組蛋白乙?；浇档?hypo

4、acetylation)則抑制某些基因的活性。本研究發(fā)現(xiàn),組蛋白乙酰化水平和飛蝗兩型的行為之間存在著密切的聯(lián)系.
　　本實(shí)驗(yàn)采用低、中、高三種不同劑量(100μg,300μg,500μg)的組蛋白去乙?；敢种苿┒∷徕c(Sodium Butyrate，SB or NaBut)分別注射散居型、群居型、散居群居化型四齡中期蝗蝻(0 h和48 h各注射一次),在72 h通過Open Field Test檢測(cè)法對(duì)飛蝗行為型轉(zhuǎn)變(behav

5、ioral phase transition)進(jìn)行定量評(píng)價(jià).研究發(fā)現(xiàn),單純提高體內(nèi)的組蛋白乙?；讲⒉荒苤苯痈淖兩⒕有秃腿壕有惋w蝗的行為型狀態(tài);但高劑量的丁酸鈉注射(500μg組)則促進(jìn)了散居型飛蝗的群居化過程(P＜0.05).此外,為了進(jìn)一步明確乙酰化水平增加對(duì)散居型飛蝗群居化過程的促進(jìn)作用,我們通過Forced Swimming Test檢測(cè)法對(duì)該行為的改變做出了進(jìn)一步的評(píng)價(jià).研究發(fā)現(xiàn)注射500μg丁酸鈉的群居化蝗蝻組與對(duì)照組相比

6、,運(yùn)動(dòng)的總距離顯著增加(P＜0.01),而平均不動(dòng)的時(shí)間則明顯下降(P＜0.05).
　　首先,通過飛蝗轉(zhuǎn)錄組測(cè)序(RNA-seq)分析發(fā)現(xiàn),具有乙?；饔玫霓D(zhuǎn)錄因子PCAF山東師范大學(xué)碩士學(xué)位論文
　　在群居型和散居型四齡期之間的表達(dá)差異最大(P＜0.01);同時(shí)具有去乙?；饔玫慕M蛋白去乙?；窰DAC5在群散四齡間也存在著顯著的差異(P＜0.05).通過實(shí)時(shí)熒光定量實(shí)驗(yàn)(qRT-PCR)對(duì)飛蝗群居化過程中各時(shí)間點(diǎn)的檢測(cè)

7、發(fā)現(xiàn):CBP、PCAF和HAT1等具有乙酰化作用的轉(zhuǎn)錄因子和酶的mRNA水平在群居化1 h時(shí)顯著升高(P＜0.05);而具有去乙?；饔玫霓D(zhuǎn)錄因子和酶SIRT1和HDAC5則在群居化4 h時(shí)顯著增加(P＜0.05).該實(shí)驗(yàn)暗示,在飛蝗群居化過程中伴隨著乙?；揎椝降纳仙?當(dāng)乙?；皆黾拥揭欢ǔ潭?去乙?；揎棸l(fā)揮負(fù)反饋調(diào)節(jié)作用,從而使機(jī)體的乙?；奖３謩?dòng)態(tài)平衡.
　　然后,通過蛋白印跡實(shí)驗(yàn)(Western blot)對(duì)飛蝗群

8、居化0 h,1 h,4 h,24 h,48 h和72 h各時(shí)間點(diǎn)的H3K9乙?；鞍姿竭M(jìn)行檢測(cè),研究發(fā)現(xiàn)群居化4 h時(shí)組蛋白乙酰化水平顯著升高(P＜0.05),在接下來的時(shí)間內(nèi)又下降到一個(gè)合理水平.上述一系列實(shí)驗(yàn)證明:在飛蝗群居化1 h時(shí),乙?；趍RNA水平就發(fā)生了改變;而在群居化4 h時(shí),乙酰化在蛋白水平發(fā)生了改變;在群居化72 h時(shí),飛蝗的行為才發(fā)生了改變.說明乙?；诜肿铀缴系淖兓缬陲w蝗行為的改變,即在飛蝗行為型發(fā)生轉(zhuǎn)變之

9、前,乙?；揎椝骄鸵呀?jīng)發(fā)生了改變.
　　最后,通過RNA干擾對(duì)組蛋白乙酰化參與飛蝗型變的功能進(jìn)行驗(yàn)證.對(duì)乙?；瘎?dòng)態(tài)過程中的兩個(gè)關(guān)鍵基因PCAF和HDAC5進(jìn)行RNAi沉默,研究發(fā)現(xiàn):對(duì)群居化四齡蝗蝻dsRNA干擾PCAF基因并同時(shí)注射高劑量的丁酸鈉,與只注射高劑量的丁酸鈉對(duì)照組相比,群居化進(jìn)程明顯減慢(P＜0.05);而dsRNA干擾HDAC5基因時(shí),群居化進(jìn)程則有加速的趨勢(shì).
　　通過本課題的研究,我們證明了組蛋白乙酰化