BmBDV、BmCPV反向遗传学系统的建立及不同抗性家蚕对BmCPV
的感染应答
家蚕浓核病毒(Bm BDV)能特异性地侵染家蚕中肠组织的柱状细胞,是家蚕软化病的病原。
Bm BDV的基因组由两种不同的单链DNA,VD1(6,543 nts)和
VD2(6,022 nts)构成,病毒粒子中只含有两种DNA分子中的一种。
目前还没有一种细胞系可感染Bm BDV,也不能通过基因操作改变Bm BDV的基因研究病毒基因的功能。
家蚕质型多角体病毒(Bm CPV)基因组由10个分节ds RNA片段组成,每个ds RNA片段含有一个完整的开放阅读框(ORF)。
由于Bm CPV为ds RNA,且缺乏Bm CPV的敏感细胞系,无法通过基因敲除或敲入研究Bm CPV基因功能,导致Bm CPV基因功能研究几无进展。
不同的家蚕品种对Bm CPV的抗性存在差异,但品种间的抗性差异机制仍有许多不明之处。
基于目前的研究现状和存在问题,我们开展了基于Bm BDV基因组DNA质粒拯救病毒研究、基于体外转录的病毒RNA转染细胞拯救Bm CPV研究,期望为Bm BDV 和Bm CPV基因的功能研究提供新的系统;同时,利用RNA-Seq技术,研究了不同抗性品种家蚕感染Bm CPV后,中肠组织基因组转录水平的变化,期望为理解家蚕对Bm CPV的感染应答及抗Bm CPV的分子机制提供新的线索。
1、Bm BDV反向遗传学系统的研究为了提供Bm BDV基因功能的研究平台,将含有Bm BDV VD1基因组的重组质粒p GEM-VD1转染家蚕卵巢(Bm N)细胞,发现细胞表现出明显的细胞病变;Western blotting与免疫荧光皆能检测到Bm BDV基因的表达。
同时,我们通过Bac-to-Bac载体表达系统构建了装载VD1全基因组的重组杆状病毒Bm Bac-VD1,该重组病毒基因组DNA转染Bm N培养细胞,可观察到细胞出现明显病变,将培养上清转接正常Bm N细胞,表现出相同的病变;Western
blotting与免疫荧光试验可检测到Bm BDV病毒结构蛋白的表达;透射电镜可同时观察到球形病毒粒子与杆状病毒粒子,通过差速离心将两种病毒粒子分离,分子生物学鉴定结果显示,球形病毒样颗粒中包裹有重组病毒基因组。
上述结果显示,通过基于病毒基因组的质粒DNA可以拯救出Bm BDV,通过杆状病毒装载VD1全基因组可获得Bm BDV样的病毒颗粒,表明我们已建立了Bm BDV的反向遗传学系统,为通过基因缺失或突变的方式研究Bm BDV的基因功能提供了平台。
2、Bm CPV反向遗传学系统的研究利用片段搭桥和同源重组等方法对Bm CPV 基因组10个分节ds RNA片段的全长c DNA进行了克隆,并用T7启动子分别控制10个分节ds RNA片段的全长c DNA,克隆进p IZT-V5/His载体,获得了重组质粒p IZT-CS1—p IZT-CS10。
同时,用Ds Red基因替换Bm CPV S10片段c DNA中的多角体蛋白基因的开放读码框(ORF),构建了重组质粒p IZT-CS10(Ds Red)。
以线性化的p IZT-CS1—p IZT-CS10为模板,体外转录成Bm CPV10个基因组片段的RNA,转染家蚕培养细胞,发现转染细胞表现出发病症状;Western blotting和免疫荧光能够检测到Bm CPV基因的表达蛋白;Real-time PCR结果显示,转染细胞中Bm CPV基因的明显上升,说明体外转录的病毒基因组片段的RNA 转染家蚕培养细胞可拯救出具有复制能力Bm CPV;进而,将Bm CPV S1-S9片段的体外转录RNA与p IZT-CS10(Ds Red)为模板的体外转录RNA共转染家蚕Bm N细胞,6天后将转染细胞的培养上清转接正常细胞,转接细胞发出红色荧光,随着培养时间的延长,荧光细胞的比例逐渐增大,说明S10片段为Bm CPV复制必须片段,病毒衣壳蛋白识别包埋S10片段的位点位于非编码区。
上述结果表明,通过建立的基于体外转录的病毒基因组片段的RNA转染家蚕培养细胞拯救Bm CPV系统可以用于研究Bm CPV的基因功能,可通过将外源基因导入Bm CPV基因组的复制非
必须片段构建重组Bm CPV表达外源基因或通过类似策略研发重组CPV生物杀虫剂。
3、不同抗性家蚕品种感染家蚕质型多角体病毒的中肠组织比较转录组学研究为了探讨品种间Bm CPV的抗性产生机制,我们通过RNA-Seq测序技术,比较分析了家蚕蓝5(Lan5,Bm CPV易感品种)和欧17(Ou17,Bm CPV抗性品种)感染家蚕质型多角体病毒(Bm CPV)后中肠组织的基因表达谱。
测序结果显示,在感染的Lan5、Ou17中肠组织中,上调表达基因数量分别为330和218个,而下调表达基因数量分别为147和260个。
我们对Lan5与Ou17中肠组织差异表达基因(DEGs)进行了GO(Ontology)富集分析和KEGG(Kyoto Encyclopedia Of Genes And Genomes)富集分析,并利用STRING数据库分析了Lan5与Ou17中肠组织共同上调/下调基因的相互作用。
结果显示,部分共同差异表达基因相互作用并形成网络,在共同上调表达基因中,表皮蛋白Cpr62Bc和微型染色体维持蛋白5(DNA复制许可因子Mcm5)的作用至关重要,而在共同下调基因中,热激蛋白23(Hsp23)的作用最为关键。
研究结果为进一步探讨家蚕抵抗Bm CPV病毒侵染的免疫机制、明确不同家蚕品种的抗性差异提供了新的线索,也为深入研究其中的关键基因奠定了基础。