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PKA-MPF途径调控家蚕非减数分裂孤雌生殖的分子机制研究

批准号:
32100377
项目类别:
青年科学基金项目(C类)
资助金额:
30.0 万元
负责人:
徐霞
依托单位:
学科分类:
动物生理与行为
结题年份:
2024
批准年份:
2021
项目状态:
已结题
项目参与者:
徐霞

项目摘要

结项摘要

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中文摘要
现行家蚕育种中,面临着周期长和杂种优势利用不足等问题。为解决这些难题,选育全雌性品系成为重要举措。前期研究发现,家蚕未受精卵通过温汤处理(46℃,18min)可以诱导非减数分裂孤雌生殖(ameiotic parthenogenesis,AMP),其后代全为雌性且基因型完全一致,因此在遗传学和育种领域具有很高的利用价值。本项目组成员通过多年研究和选育,利用该方法成功构建了73个高发生率和高孵化率的稳定家蚕非减数分裂孤雌生殖系。对家蚕有性生殖系及对应温汤诱导孤雌生殖系的未受精卵进行转录组测序,发现PKA-MPF途径关键基因在两个品系中存在显著表达差异。因此,本项目拟通过探究PKA-MPF途径关键基因的功能,明确该途径在孤雌生殖中的调控作用并勾勒作用网络。解析PKA-MPF途径调控孤雌生殖的分子机理,不仅可以更好的认识昆虫孤雌生殖的调控过程,也可以为高效的家蚕分子育种提供理论指导和基因靶点。
英文摘要
There are some problems in silkworm, Bombyx mori breeding, such as long cycle and insufficient utilization of heterosis. In order to solve these problems, all-female lines breeding has become an important measure. It has been found that the unfertilized eggs of silkworm treated with warm broth (46℃, 18min) can induce ameiotic parthenogenesis (AMP), and the progeny are all female and the genotype is identical. Therefore, it has a high value in the field of genetics and breeding. After years of researching and breeding, we have successfully constructed 73 stable ameiotic parthenogenetic lines of silkworm varieties with high incidence and high hatching rate. Transcriptome sequencing of unfertilized eggs from the sexual and parthenogenetic lines of silkworm showed that the key genes of PKA-MPF pathway were differentially expressed in the sexual and parthenogenetic lines. Therefore, this project intends to explore the functions of key genes in the PKA-MPF pathway. To identify the role of the pathway in parthenogenesis and to outline the interaction network. It can not only better understand the control process of insect parthenogenesis, but also provide theoretical guidance and gene targets for efficient molecular breeding of silkworm.
家蚕在羽化前期,卵子发育到减数第一次分裂中期便停止,需要精子或其它因子的刺激才能重新继续减数分裂。家蚕未受精卵通过温汤处理(46℃,18min)可以诱导非减数分裂孤雌生殖,即卵母细胞分裂过程中没有等位基因重组,子代与母本具有相同基因型。温汤诱导使停滞的卵母细胞减数分裂不再重启。成熟促进因子MPF在细胞周期进程中至关重要,主要由催化亚基细胞分裂周期蛋白Cdc2和调节亚基细胞周期蛋白CycB构成。MPF控制着减数第一次分裂的重新开始,而活化的PKA对维持减数分裂停滞具有重要作用。因此,PKA-MPF途径调控家蚕孤雌生殖的温汤诱导成功率。我们在家蚕孤雌生殖系和对应有性生殖系中,通过MPF激活剂和抑制剂处理未受精卵,验证了MPF活性与家蚕孤雌生殖诱导的转色率和孵化率成正比,而且抑制MPF活性延缓胚胎发育。Cdk2作为MPF的调控因子,抑制其活性同样显著降低家蚕孤雌生殖的诱导率并导致胚胎发育受阻。BmN中敲降Cdk2基因,导致细胞由G1到S转换受阻影响细胞增殖。Cdk2活性改变使PKA-MPF途径相关基因mRNA表达紊乱,导致卵细胞减数分裂以及后续胚胎发育过程异常。通过转录组和蛋白质组研究,发现家蚕温汤诱导前后差异表达基因主要富集于卵细胞发育相关过程,差异蛋白主要被定位在细胞质且富集于代谢途径,表明家蚕孤雌生殖的成功与卵细胞能量代谢调控密不可分。此外,我们在家蚕孤雌生殖机制探究过程中,还鉴定到了调控家蚕胚胎发育和生殖过程中的关键因子PPARs、Sfp62、Ser1和TSSKL,利用转录组测序、CRISPR/Cas9等技术解析了其功能。同时通过基因组测序鉴定了中国和乌兹别克斯坦的代表性家蚕种质资源,筛选了生殖性状相关候选基因。这些研究结果也为家蚕孤雌生殖的分子机制解析提供了技术支撑和理论指导。综上所述,本项目以家蚕孤雌生殖系和对应有性生殖系为研究对象,通过对PKA-MPF途径的关键基因进行功能解析,完善了家蚕孤雌生殖调控的分子作用网络。PKA-MPF途径关键基因在进化上高度保守,本项目的研究成果不仅能够应用于家蚕分子育种,也能推广到其它昆虫进行资源开发利用。
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