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        東北黑蜂的抗寒機(jī)制研究

        2018-07-27 03:50:00陳孝梅龐倩王康張文文范榮莉高夫超陶靚周紹春殷玲陳國宏吉挺
        中國蜂業(yè) 2018年7期
        關(guān)鍵詞:黑蜂抗寒東北地區(qū)

        陳孝梅 龐倩 王康 張文文 范榮莉 高夫超 陶靚 周紹春 殷玲 陳國宏 吉挺

        (1 揚(yáng)州大學(xué)動物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院,揚(yáng)州 225009;2 黑龍江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院牡丹江分院,牡丹江 157041;3 黑龍江省野生動物研究所,哈爾濱 150040;4 江蘇農(nóng)牧科技職業(yè)學(xué)院,泰州 225300)

        1 前言

        研究表明,蜜蜂在越冬期間會通過減少體內(nèi)自由水含量、積累抗寒物質(zhì)等方式來增強(qiáng)其耐寒能力[2]。蟲體水分含量的降低可能會誘導(dǎo)抗凍物質(zhì)的合成[3,4],也就是說蟲體內(nèi)自由水含量越低,合成的抗凍物質(zhì)越多,抗寒能力越強(qiáng)。蜜蜂在越冬期間會通過減少體內(nèi)自由水含量,積累抗寒物質(zhì)等方式來適應(yīng)寒冷環(huán)境,增強(qiáng)其耐寒能力[2]。還有研究發(fā)現(xiàn),蟲體內(nèi)結(jié)合脂肪含量越高,抗寒能力越強(qiáng)[5]。在越冬期昆蟲體內(nèi)有一部分游離脂肪會轉(zhuǎn)化為結(jié)合脂肪,結(jié)合脂肪會被當(dāng)作抗寒物質(zhì)儲存起來,用來抵抗嚴(yán)寒的氣候。含水量低的越冬蜂王比含水量多的處女王的耐寒能力強(qiáng)[6],卡尼鄂拉蜂越冬蜂的耐寒性受蜜蜂體內(nèi)游離脂肪含量的影響,蜜蜂的過冷卻能力隨著體內(nèi)游離脂肪含量的增加而增強(qiáng)[7]。所以,蜜蜂體內(nèi)的自由水含量和游離脂肪含量影響并反映著其抗寒能力。

        本研究對東北黑蜂和東北地區(qū)的意大利蜂體內(nèi)的自由水含量和游離脂肪含量進(jìn)行測定,并結(jié)合抗寒相關(guān)基因?qū)崟r(shí)熒光定量PCR分析初探蜜蜂的抗寒性能,為今后深入研究蜜蜂的抗寒性能提供理論基礎(chǔ)。

        2 材料與方法

        2.1 樣品采集

        在吉林省國家基因庫采集東北黑蜂和東北地區(qū)的意大利蜂,2個蜂種各采集3群蜂,每群3個重復(fù),每個重復(fù)10只工蜂。

        2.2 主要試劑

        氯仿(分析純)、甲醇(分析純)均購自國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司;Trizol(Invitrogen公司),氯仿,異丙醇,乙醇,DEPC水,F(xiàn)astQuant RT Kit(with gDNase)FastQuant cDNA第一鏈合成試劑盒(KR106),AceQ qPCR SYBR Green Master Mix熒光定量試劑盒(Vazyme),無酶水。

        表1 目的基因信息及引物序列

        2.3 主要儀器

        50ml離心管,培養(yǎng)皿(φ=8cm),100ml量筒,研杵,分析天平,烘箱,超低溫冰箱,低溫高速離心機(jī);低溫高速離心機(jī),PCR儀(Eppendorf),熒光定量PCR儀(Thermos fisher scientific)。

        2.4 試驗(yàn)步驟

        2.4.1 自由水含量和游離脂肪含量測定

        ① 將樣品4℃固定后,測定樣品的鮮重(FM),然后放入60℃鼓風(fēng)干燥箱中干燥48h;

        ② 測定干燥后的樣品干重(DM),則自由水含量=(FM-DM)/FM×100%;

        ③ 取干燥后的單只樣品于玻璃勻漿器中,加入3ml氯仿和甲醇提取液(氯仿∶甲醇=2∶1),充分研磨成勻漿;

        注射降植烷6個月后,取造模成功的小鼠40只,隨機(jī)分為模型組、陽性對照組(潑尼松,5 mg/kg)和環(huán)孢素高、低劑量組(30、10 mg/kg),每組10只。根據(jù)預(yù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果,陽性對照組和環(huán)孢素各劑量組小鼠灌胃相應(yīng)劑量的藥物,每天1次,每周5次(固定在周一至周五早上9點(diǎn)給藥),連續(xù)18周;模型組和正常對照組小鼠同法給予等體積生理鹽水。實(shí)驗(yàn)過程中,除模型組小鼠死亡4只、環(huán)孢素低劑量組小鼠死亡1只外,其余組小鼠均全部存活。記錄實(shí)驗(yàn)過程中小鼠體質(zhì)量變化情況。

        ④ 將勻漿液轉(zhuǎn)移至5ml離心管中,離心(4500r,10min);

        ⑤ 棄上清,向沉淀中加入3ml氯仿和甲醇提取液(氯仿∶甲醇=2∶1),離心(4500r,10min);

        ⑥ 棄上清,將沉淀于60℃鼓風(fēng)干燥箱中干燥至恒重(LDM),則游離脂肪含量=(DM-LDM)/DM×100%。

        2.4.2 抗寒相關(guān)基因?qū)崟r(shí)熒光定量PCR分析

        采集東北黑蜂、東北地區(qū)的意大利蜂,分別采集其工蜂的頭胸部提取RNA,根據(jù)FastQuant RT Kit(with gDNase)FastQuant cDNA第一鏈合成試劑盒(KR106)操作說明書將RNA反轉(zhuǎn)錄成cDNA。再根據(jù)AceQ qPCR SYBR Green Master Mix熒光定量試劑盒(Vazyme)的使用說明書進(jìn)行操作,配制20μl qPCR反應(yīng)體系:AceQ qPCR SYBR Green Master Mix 10.0μl,上游引物0.4μl,下游引物0.4μl,ROX Reference Dye 2 0.4μl,模板DNA 2.0μl,滅菌蒸餾水6.8μl。qPCR的反應(yīng)程序是首先進(jìn)行95℃預(yù)變性5min,然后是循環(huán)反應(yīng)階段,即95℃ 10s,60℃ 30s,40個循環(huán),最后是構(gòu)建融解曲線,即進(jìn)行“95℃15s,60℃ 60s,95℃ 15s”的反應(yīng)。利用2-ΔΔCt的方法計(jì)算基因的相對表達(dá)量,利用SPSS軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析,用ANOVA的LSD法進(jìn)行顯著性分析,以0.05為顯著性水平。參考前人的研究[8,9]選擇2個主要目的基因,然后根據(jù)熒光定量引物的設(shè)計(jì)原則,通過NCBI的Pick Primers分析程序在線設(shè)計(jì)目的基因的引物序列,目的基因信息及引物序列見表1。

        3 結(jié)果與分析

        3.1 自由水含量和游離脂肪含量測定結(jié)果

        由圖1可以看出,東北黑蜂的自由水含量與東北地區(qū)意大利蜂的自由水含量無顯著性差異,東北黑蜂的游離脂肪含量與東北地區(qū)意大利蜂的游離脂肪含量也無顯著性差異,說明這2個蜂種的自由水含量和游離脂肪含量不存在差異。

        圖1 自由水含量和游離脂肪含量測定結(jié)果

        3.2 抗寒相關(guān)基因?qū)崟r(shí)熒光定量PCR分析結(jié)果

        根據(jù)前人的研究結(jié)果,篩選了Hsc70-4和HSP602個主要目的基因進(jìn)行熒光定量PCR分析,RNA分別提取自東北黑蜂、東北地區(qū)的意大利蜂工蜂的頭胸部。結(jié)果顯示,東北黑蜂HSP 60和Hsc70-4基因的表達(dá)量與東北地區(qū)的意大利蜂差異不顯著(P>0.05)(圖2)。

        圖2 抗寒相關(guān)基因?qū)崟r(shí)熒光定量PCR分析結(jié)果

        4 討論

        4.1 自由水含量和游離脂肪含量測定

        東北黑蜂和東北地區(qū)意大利蜂的自由水含量和游離脂肪含量均不存在差異,說明東北黑蜂與東北地區(qū)的意大利蜂在越冬時(shí),其體內(nèi)與抗寒有關(guān)的自由水含量和游離脂肪含量基本一致,也就是說這2個蜂種在應(yīng)對冷脅迫時(shí)具有相似的抗寒機(jī)制。因此推測長期生活在東北地區(qū)的意大利蜂為適應(yīng)低溫環(huán)境也形成了一定的抗寒能力,說明意大利蜂也是有抗寒潛質(zhì)的,體現(xiàn)了蜜蜂對低溫環(huán)境的適應(yīng)性,其抗寒性能可能受到環(huán)境的影響。

        4.2 抗寒相關(guān)基因?qū)崟r(shí)熒光定量PCR分析

        為進(jìn)一步探究蜜蜂與抗寒相關(guān)基因表達(dá)量的差異,本研究對東北黑蜂和東北地區(qū)的意大利蜂的2個抗寒相關(guān)基因進(jìn)行實(shí)時(shí)熒光定量PCR分析。結(jié)果表明,東北黑蜂HSP60和Hsc70-4基因的表達(dá)量與東北地區(qū)的意大利蜂差異不顯著(P>0.05)。熱激蛋白(HSPs)又稱熱休克蛋白,是生物體受到不良刺激或應(yīng)激條件下產(chǎn)生的一種蛋白質(zhì),按照分子量大小,HSPs分為大分子HSP(100~110kD)、HSP90(83~90kD)、HSP70(66~78kD)、HSP60以及小HSP(sHSP,12~34kD)5個家族,HSP70又包括hsc70-1、hsc70-2、hsc70-3、hsc70-4和hsc70-55個組成性成員。研究表明,當(dāng)機(jī)體受到冷脅迫或熱脅迫時(shí),體內(nèi)熱激蛋白的表達(dá)量會明顯升高[10]。研究顯示,HSP70對果蠅的壽命具有一定的影響[11,12],其高表達(dá)能夠延長變異線蟲的壽命[13],而擁有較長的壽命是越冬蜂的重要特點(diǎn)。東北黑蜂HSP60和Hsc70-4基因的表達(dá)量與東北地區(qū)的意大利蜂差異不顯著,說明在應(yīng)對冷脅迫時(shí),蜜蜂體內(nèi)相關(guān)抗寒基因的表達(dá)量無明顯差異,猜測可能是因?yàn)闁|北地區(qū)的意大利蜂因長期生活在寒冷的東北地區(qū),對低溫環(huán)境產(chǎn)生了適應(yīng)性,形成了一定的抗寒能力,因此初步認(rèn)為蜜蜂的抗寒能力可能受環(huán)境影響,東北黑蜂的抗寒性可能是其對低溫環(huán)境的一種適應(yīng)性。

        5 結(jié)論

        本研究通過測定自由水含量和游離脂肪含量以及熒光定量PCR分析,結(jié)果表明,東北黑蜂的自由水含量與東北地區(qū)意大利蜂的自由水含量和游離脂肪含量均無顯著性差異(P>0.05);抗寒相關(guān)基因?qū)崟r(shí)熒光定量PCR分析結(jié)果表明,東北黑蜂HSP60和Hsc70-4基因的表達(dá)量與東北地區(qū)的意大利蜂差異不顯著(P>0.05)。說明長期生存在東北地區(qū)的意大利蜂也形成了一定的抗寒能力,推測東北黑蜂的抗寒性是其對環(huán)境的一種適應(yīng)性,蜜蜂的抗寒能力可能受環(huán)境影響。

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