二化性家蚕滞育诱导和滞育发动阶段的谷胱甘肽代谢研究

作     者：孟刚 

作者单位：苏州大学 

学位级别：硕士

导师姓名：赵林川

授予年度：2010年

学科分类：0710[理学-生物学] 07[理学] 09[农学] 

主      题：二化性 家蚕 滞育诱导 滞育发动 谷胱甘肽 谷胱甘肽S-转移酶 

摘      要：家蚕(Bombyx mori)是典型的卵滞育昆虫。就二化性家蚕而言,子代是否滞育取决于亲代所经历的环境条件。高温明催青诱导子代发生滞育,而低温暗催青诱导子代不发生滞育。在产下后24 h左右进行即时浸酸处理,能够有效阻止蚕卵的滞育发动,使其正常发育和孵化。 此前我们研究表明,过氧化氢(H2O2)代谢与蚕卵滞育诱导和发动密切相关,H2O2可能在家蚕滞育诱导和发动调控中具有重要作用。谷胱甘肽(glutathione)包括还原型谷胱甘肽(GSH)和氧化型(GSSG)两者类型。GSH是细胞内最重要的抗氧化小分子,在清除细胞内过氧化物、自由基和修复受损组织等方面起到重要作用。GSH/GSSG比值反映了细胞的氧化还原状态。高水平的GSH/GSSG表明细胞处于还原态,相反低水平的GSH/GSSG表明细胞处于氧化态。鉴于蚕卵滞育诱导和发动过程中H2O2水平发生显著变化,而GSH在谷胱甘肽S-转移酶(glutathione S-transferase, GST)催化下可以分解H2O2,GSH代谢可能也与家蚕滞育诱导和发动密切相关,因此,检测了二化性家蚕滞育诱导和滞育发动过程中的谷胱甘肽代谢情况,包括总谷胱甘肽(GSH+2GSSG)、GSH和GSSG含量,GSH/GSSG比值和GST活性的变化。结果如下。 一、滞育诱导阶段蚕卵谷胱甘肽代谢 与低温暗催青相比,高温明催青的蚕卵含有显著高水平的总谷胱甘肽和GSSG,显著低水平的GSH、GSH/GSSG和GST活性。 总谷胱甘肽水平取决于GSH合成和GST催化的GSH清除。低水平的GST意味着滞育诱导阶段被GST催化清除的GSH数量较少。因此滞育发动阶段总谷胱甘肽含量的增加可能包括GSH合成增加和GSH清除减少。另一方面,GSH/GSSG比值低表明滞育诱导阶段蚕卵处于氧化态。高水平的总谷胱甘肽、低水平的GSH和高水平的GSSG,表明滞育诱导阶段GSH氧化为GSSG的反应显著增强。该结果与滞育诱导阶段蚕卵H2O2水平显著升高一致。因此,高水平的GSH氧化导致了低水平的GSH/GSSG。昆虫细胞中主要由硫氧还蛋白过氧化物酶(thioredoxin peroxidase, Prdx)和GST催化GSH被H2O2氧化为GSSG。滞育发动期间蚕卵GST处于低水平,表明GST在GSH氧化中不起重要作用。因此,GSH氧化为GSSG可能主要由Prdx催化进行。该结果暗示高温明催青可能诱导Prdx基因表达上调。 二、滞育发动阶段蚕卵谷胱甘肽代谢 与滞育蚕卵相比,即时浸酸蚕卵含有高水平的总谷胱甘肽、几乎相同水平的GSH、高水平的GSSG、低水平的GSH/GSSG和几乎相同水平的GST。 高水平的总谷胱甘肽和几乎相同水平的GST活性表明即时浸酸显著促进了蚕卵GSH合成。与即时浸酸蚕卵相比,滞育蚕卵高水平的GSH/GSSG比值表明滞育发动阶段蚕卵处于还原态,而即时浸酸阻止滞育发动过程中蚕卵从还原态转换为氧化态。高水平的总谷胱甘肽、几乎相同水平的GSH和高水平的GSSG表明即时浸酸显著促进了GSH氧化,即新合成的GSH几乎全部被迅速氧化为GSSG。由于即时浸酸蚕卵GST活性与滞育蚕卵相比几乎一样,因此即时浸酸引起的GSH强烈氧化可能主要由Prdx负责催化。该结果表明即时浸酸可能诱导Prdx基因表达增强。相反,滞育蚕卵中GSH氧化很弱,其Prdx基因表达可能也处于很低水平。 可见,谷胱甘肽代谢与家蚕滞育诱导和发动密切相关,其中滞育诱导阶段高温明催青促进Prdx基因表达增强,导致GSH强烈氧化为GSSG,表现为低水平的GSH/GSSG,表明滞育诱导阶段蚕卵处于氧化态;相反,滞育发动阶段,Prdx基因表达被显著抑制,抑制了GSH氧化为GSSG,表现为高水平的GSH/GSSG,表明滞育发动阶段蚕卵处于还原态。