Spn-E基因在家蚕性别决定通路中的作用机制研究
批准号:
32102611
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:
陈凯
依托单位:
学科分类:
养蚕学
结题年份:
2024
批准年份:
2021
项目状态:
已结题
项目参与者:
陈凯
中文摘要
性别决定是两性生物个体发育必不可少的重要环节,也是种群生存繁衍的基础。昆虫是种类和数量最多的动物群体,其性别决定方式呈现高度多样性。家蚕是重要的经济昆虫,也是鳞翅目模式生物,其性别决定机制目前仍不清晰。我们前期的研究表明,参与piRNA合成的Spn-E基因可能在家蚕性别决定中发挥重要功能。本项目拟以家蚕为研究对象,运用CRISPR/Cas9基因组编辑技术和转基因过表达等研究手段阐明Spn-E在家蚕性别决定中的功能机制,通过pull-down和免疫共沉淀等技术鉴定其互作蛋白并进行功能分析,探究Spn-E蛋白及其互作蛋白与已鉴定性别决定基因间的上下游关系,阐明piRNA通路基因调控家蚕性别决定网络。本项目的研究将能够为鳞翅目昆虫的遗传调控提供理论基础,推动益虫利用和害虫防治技术的发展。
英文摘要
Sex determination is not only indispensable process for the development of sexual reproduction organism, but also the basis for survival of species. The mechanisms of sex determination are highly diverse in different species of insects, which are the largest animal group in terms of species and amounts. The silkworm, Bombyx mori is not only an economically important insect but also the model insect for Lepidoptera, however, its sex determination mechanism is still unclear. Our previous work suggested that Spn-E gene, which is involved in piRNA biogenesis, may play vital roles in sex determination in silkworm. In the current study, we plan to exploit the roles of Spn-E in sex determination. The first step of our plan is performing functional analysis of Spn-E using CRISPR/Cas9 genome editing and transgenic overexpression system. The second step is to identify proteins interacts with Spn-E and exploit their functions. The third step is to elucidate the relationship among Spn-E and known proteins. Finally, we expect to demonstrate the mechanism of piRNA pathway genes in the silkworm sex determination. Our project will provide theoretical basis for the genetic regulation of lepidopteran insects, which is helpful for beneficial insect application and pest control.
性别决定是两性生物个体发育必不可少的重要环节,也是种群生存繁衍的基础。昆虫的物种多样性也导致其性别决定机制展现出高度多样性。piRNA(PIWI-interacting RNA)是一类主要存在于动物生殖腺内的非编码小RNA,具有沉默转座子、抗病毒、调控基因表达等诸多功能。迄今为止,piRNA对性别决定的调控功能是家蚕特有现象,这也导致其调控机制及相关元件的鉴定研究极其匮乏。本项目对piRNA通路的关键基因BmSpn-E和BmQin的功能进行了详细分析,发现了它们不参与性别决定而是对家蚕的生殖发育有重要的调控作用。该结果表明,并非所有的piRNA通路基因都参与家蚕的性别决定。这提示我们下一步的研究应该从Fem piRNA入手,进一步挖掘家蚕的性别决定基因。此外,我们也开展了以下研究:(1)通过共表达三种甜菜素合成基因细胞色素P450 酶CYP76AD1、多巴氧化酶DODA 和甜菜苷配基葡萄糖基转移酶(Db5GT),成功在家蚕内实现了甜菜红色素的异源合成。我们的研究首次证明昆虫可以通过复杂的、多种酶介导的合成途径生产天然植物色素,为利用转基因蚕作为生物反应器生产有价值的化合物提供了一种新的途径。(2)通过多种遗传操作手段对家蚕成形素基因Hedgehog进行了功能分析,证明了它在家蚕胚胎发育、成虫盘发育和形态发生过程中发挥重要作用。.
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