2012CB114600 家蚕关键品质性状分子解析及分子育种基础研究 - 图(6)

重建过程中，细胞先解离，之后又重新聚合，这是20E诱导表达的基质金属蛋白酶mmp所致。此外，20E还参与调控成虫盘细胞的分裂与分化。对家蚕蛹期专一表达的翅原基表皮蛋白BmWCP4基因的表达和调控的研究发现，BmWCP4启动子区域含有转录因子POU和FTZ-F1的顺式调控元件。20E首先启动了BR-C Z4的表达，后者再激活转录因子POUM2的表达，然后POUM2结合到BmWCP4的启动子调控元件上，启动了BmWCP4基因的表达，从而导致蛹期和表皮专一的翅原基表皮蛋白BmWCP4的表达，使翅原基发育成翅膀，幼虫实现向蛹和蛾的变态发育。前期项目还研究了细胞自噬相关的Atg1、Atg5、Atg6、Atg8、Atg10和Atg12等基因在家蚕变态和组织器官形成中的功能。

本期项目将重点研究家蚕丝腺、脂肪体、中肠和表皮等重要器官在蜕皮和变态发育过程中的退化和重建过程（包括细胞程序性死亡，如细胞凋亡和细胞自噬等，以及细胞再生和分化过程）及昆虫激素对这些过程的分子调控作用。这方面研究主要解决幼虫组织器官是如何退化和成虫组织器官是如何受激素和营养信号所调控的。主要内容包括：1）20E和JH对丝腺、脂肪体、中肠和表皮在变态期前后细胞自噬和凋亡关键基因（BmAtg3、BmAtg5、BmAtg6、BmAtg8、BmAtg9、BmAtg10、BmAtg12、BmE74A和Bm-caspase、IAP）的表达变化及定位，探讨20E和JH信号传导途径中关键基因的应答与制约关系；2）研究激素信号和饥饿信号引发家蚕中肠、丝腺和脂肪体组织发生自噬和凋亡的基本特征，并揭示激素信号和饥饿信号途径的关系；3）通过RNAi、转基因过量表达与在活体和离体细胞knock out或knock down等方法，解析20E和JH信号传导途径中关键靶基因在控制家蚕器官退化时细胞自噬和凋亡的调控功能；探讨细胞自噬和细胞凋亡途径的激素调控相互关系；4）以昆虫激素调控家蚕翅原基表皮蛋白基因的蛹期

专一表达为研究对象，深入研究20E和JH信号传导途径对翅原基在蛹变态发育时再生长与分化的调控分子机理，建立较完整的昆虫激素调控变态发育的理论模型；5）解析家蚕早期胚胎发育中控制成虫分节发育的关键基因对激素的应答关系和在中肠、脂肪体和成虫盘中促进细胞再生的功能。

五年预期目标：

（1）家蚕变态发育相关突变基因的定位克隆。定位克隆10个以上的化性、眠性等重要突变基因，深入研究至少10个基因的功能与调控，获取6个左右的关键顺式作用元件，促进通过控制家蚕变态发育以提高家蚕丝产量和质量的技术策略的发展和应用，并为以变态发育相关基因和蛋白为分子靶点进行鳞翅目害虫的生物防治和研制新型杀虫剂的发展策略提供理论与技术支持。

（2）阐明家蚕激素信号传导与变态发育的调节机制。以家蚕的丝腺、脂肪体、中肠和表皮等重要器官为材料，着重探明家蚕变态发育的激素信号转导主要途径和关键调控分子的作用，以及激素调控与营养代谢及其与器官退化和再生的关系，建立家蚕变态发育的理论体系和机理模型，探明其对蚕丝产量和质量的影响。

（3）取得基因专利8项；在国内外核心刊物发表论文55篇，其中有重要影响的论文10篇以上，发表1篇有重要理论突破的高水平研究论文。

（4）培养和造就一批中青年学术带头人和不同层次的科技新人，其中包括硕士研究生35名、博士研究生20名和博士后3名。

经费比例： 16.67%

承担单位： 华南师范大学、中国农业科学院、西南大学、华南农业大学 课题负责人： 冯启理

学术骨干： 张志芳、何宁佳、曹阳、刘仕平

课题3：家蚕干细胞与组织器官分化研究

研究目的：围绕家蚕变态发育中成虫组织器官重构和新建的干细胞基础这一科学问题，选取具代表性的组织干细胞为研究对象，在对不同成虫组织干细胞的鉴定基础上，寻获变态发育过程中干细胞发育和分化为家蚕成虫组织器官的关键节点，发现启动干细胞分化的关键因子，阐释家蚕变态发育中成虫组织器官形成及免疫修复的干细胞调节机制，回答变态发育中成虫组织形成的调控与功能等昆虫基本科学问题，并为推动家蚕成为人类干细胞分化与功能研究的模式生物提供理论依据与参考。

研究内容：

（1）家蚕变态发育中成虫组织器官干细胞的识别

在家蚕向成虫发育的过程中，一方面，中肠、神经和脂肪体等组织发生形态与结构改变，重构为成虫的相应组织器官，功能也随之发生转变。另一方面，翅原基、胸足原基和生殖腺等组织发生快速分化，分别发育为成虫的翅膀、胸足、生殖器等器官组织。血液则是家蚕变态发育中组织器官重构、新建或退化的内环境，不仅如此，中肠和血液还是家蚕先天免疫应答的关键场所。果蝇中的研究已经显示，成虫中肠和生殖腺正是由相应的幼虫干细胞在变态发育过程中分化形成。我们在前期研究中，也初步发现了家蚕中肠变态发育中的干细胞。

本课题将重点以中肠、血液、神经、脂肪体、翅原基、生殖腺等代表性成虫组织器官为对象，主要开展：1）系统分析家蚕变态发育中不同发育阶段的组织形态和结构变化，确认每个组织干细胞的类型；2）利用基因组芯片或蛋白质组

学策略构建细胞基因组表达谱，对家蚕不同组织的不同细胞进行分子分型，筛选不同类型细胞的分子标记；3）寻找目标成虫组织器官干细胞的分子标志，对相关干细胞进行正确识别鉴定。

（2）成虫组织干细胞分化发育的动态平衡与功能

干细胞的最大特点是自我再生和分化发育。体内某一组织干细胞的数量是恒定的。因各种原因造成干细胞受损或数量减少时，干细胞有自我再生能力，可以自我修复。一方面，当多能干细胞多向分化时，部分细胞仍保持干细胞特性，而另一些细胞则具备相对成熟的特性，向各系细胞分化。因此组织干细胞的数量是动态平衡的，在受到损害或分化发育时数量并不会减少。另一方面，随着机体发育，多能组织干细胞分化发育成祖细胞，再由祖细胞分化为特定的组织类型，行使特定的生理功能。对家蚕等变态昆虫而言，在变态发育过程中，成虫组织干细胞通过自身干性维持和分化发育为相应的成虫组织器官，从而保持了机体生长的动态平衡。

本课题将在特定成虫组织器官干细胞识别鉴定的基础上，主要开展：1）利用干细胞分子标记荧光示踪技术，在活体水平系统分析建立成虫组织器官形成过程中干细胞维持、增殖、迁移与分化特性；2）分离成虫组织干细胞并构建体外培养体系，维持干细胞特性，并在体外分析组织干细胞的自我维持及分化特征；3）分析中肠和血液干细胞在防御过程中的自我更新和组织再生过程中的动态平衡特性；4）探索成虫组织干细胞的自我维持和分化分子机理。

（3）干细胞调控发育分化为成虫组织器官的调控机制

由干细胞的生物学变化介导的一系列功能改变是干细胞分化发育成特定组织的基础，而众多分子、基因和蛋白信号通路在调控干细胞的功能中发挥了重要

作用。在果蝇中的研究发现，果蝇肠道干细胞处于特殊的小生境（niche）中，它们的增殖和分化受到各种信号分子的调节。这些信号的浓度水平决定了干细胞的生理生化活动，并以此来调节果蝇肠道细胞的更新和再生。这些信号主要有Notch、Hippo、Wnt、Hh、BMP、MAPK、JAK/STAT等信号途径，以及β-连环蛋白、α-连环蛋白、Tcf3、Lef1、EGF等因子。Notch、Hh、BMP等信号通路还参与了对果蝇生殖腺干细胞的自我更新与定向分化的调控。 本课题将参考果蝇和其它生物中调控干细胞分化的分子线索，结合家蚕细胞基因基因组表达谱，主要开展：1）对干细胞自我更新和分 …… 此处隐藏：1931字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……