野蠶來源的家蠶幼蟲體色形成分子機制初探.pdf

1、生物的體表著色是一種非常普遍的現(xiàn)象，每一個生物個體都有自己獨有的區(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，具有保護生物體表和DNA免受紫外線的損傷的功能。昆蟲(幼蟲和成蟲)體表具有豐富多樣的體色和著色模式，對昆蟲著色分子機制的研究發(fā)現(xiàn)，色素物質合成代謝途徑中相關基因的突變和上游調控基因的調節(jié)，就會產(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疾病的發(fā)生。
　　 昆蟲作為生物界中數(shù)量最多的一類生物，其體表擁有豐富的著色多樣性，但到目前為止，人們對于昆蟲表皮著色分子機制的理解還非常有限。家蠶(Bombyxmori)是從中國的野桑蠶馴化而來，大約有五千年的歷史。作為一種重要的模式昆蟲，家蠶和蝴蝶、果蠅等昆蟲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目的完成，為我們研究家蠶體表著色的分子機制提供了大

3、量的數(shù)據(jù)。同時西南大學家蠶基因資源庫保存了近1000個突變體，其中很多是體色相關的突變體。因此家蠶可以作為一個很好的生物著色研究的進化模型和人類疾病模型。
　　 本研究以961B和961C兩個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材料。家蠶961B幼蟲體表著色模式簡單，全身為白色；961C幼蟲期壯蠶從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、近眼狀紋的兩側有很大一塊呈現(xiàn)出白色，在靠近尾部的兩側也為白色，當進入眠期到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存在，隨著家蠶的生長發(fā)育，其表皮的顏色變淺，越來越接近桑樹枝的樹皮顏色，最后與桑樹枝的顏色形成一體。采用超顯微技術(TEM)、高效液相色譜法(HPLC)及分子生物技術在細胞、生理生化及分子水平上比較兩個家蠶材料表皮著色的差別，來探究家蠶表皮著色的分子

5、機制。主要的研究內容及結果如下：
　　 1.表皮超顯微水平上的比較選取961B和961C兩個家蠶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表皮的真皮細胞含有大量的尿酸鹽顆粒，在角質層沒有黑色物質存在。而在961C表皮的真皮細胞也含有較多的尿酸鹽顆粒，但數(shù)量比961B的要少，同時真皮細胞里還含有數(shù)量巨大、形狀大小均一但顏色不一樣的眼色素顆粒；在角質層含有形態(tài)差別較大的黑色素顆粒復合物。
　　 2.黑

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

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

8、PCHI三個基因在兩個家蠶材料中組織表達情況有較大的區(qū)別。961B和961C在不同時期基因表達模式類似，但在四眠之后961C的表達量比961B對應的時期要高很多。同時在961C材料中，在四眠之后BmTH、BmDDC、BmDat的表達量顯著增加。
　　 生物表皮的著色是由多基因構成的網(wǎng)絡結構共同決定的，通過在細胞、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