組蛋白乙酰化對東亞飛蝗兩型轉(zhuǎn)變行為的影響研究.pdf

1、飛蝗是一種洲際性重大農(nóng)業(yè)害蟲,其中以分布最廣、危害最大的東亞飛蝗為代表.飛蝗呈現(xiàn)出良好的表型可塑性,可以應(yīng)對不同的種群密度壓力條件,在孤獨(dú)的散居型和聚集的群居型兩者之間相互轉(zhuǎn)變.二者之間的體色、行為和生理學(xué)等各方面均存在著顯著的差異.散居型向群居型表型轉(zhuǎn)變并且長距離遷飛被看作是蝗災(zāi)爆發(fā)的關(guān)鍵因素.
　　在飛蝗型變的整個過程中,最容易觀察到的變化特征就是行為的改變.群居型個體表現(xiàn)得異?；钴S;而散居型個體則處于較為安靜的狀態(tài).為了對飛

2、蝗的行為進(jìn)行精確定量的研究,我們基于二元邏輯斯蒂回歸方程的分析,共篩選出了11個與兩型行為密切相關(guān)的特征參數(shù),建立了兩套定量測定飛蝗個體行為型狀態(tài)(behavioral phase state)的檢測方法,分別為開放運(yùn)動實(shí)驗(yàn)檢測法(Open Field Test，OFT)和強(qiáng)迫游泳實(shí)驗(yàn)檢測法(Forced Swimming Test，F(xiàn)ST).通過這兩種行為檢測方法,可以很好地將散居型和群居型飛蝗個體的行為型狀態(tài)區(qū)分開來,這對于進(jìn)一步闡

3、釋飛蝗兩型轉(zhuǎn)變的分子機(jī)理具有重要意義.
　　組蛋白乙?；且环N重要的蛋白質(zhì)翻譯后修飾方式,分別由組蛋白乙酰基轉(zhuǎn)移酶(histone acetyltransferases，HATs)和組蛋白去乙酰化酶(histone deacetylases，HDACs)共同催化調(diào)節(jié).生物體內(nèi)的乙酰化動態(tài)水平控制著染色質(zhì)活性和相關(guān)基因的表達(dá),通常組蛋白乙?；?hyperacetylation)激活相關(guān)基因的表達(dá);而組蛋白乙酰化水平降低(hypo

4、acetylation)則抑制某些基因的活性。本研究發(fā)現(xiàn),組蛋白乙?；胶惋w蝗兩型的行為之間存在著密切的聯(lián)系.
　　本實(shí)驗(yàn)采用低、中、高三種不同劑量(100μg,300μg,500μg)的組蛋白去乙?；敢种苿┒∷徕c(Sodium Butyrate，SB or NaBut)分別注射散居型、群居型、散居群居化型四齡中期蝗蝻(0 h和48 h各注射一次),在72 h通過Open Field Test檢測法對飛蝗行為型轉(zhuǎn)變(behav

5、ioral phase transition)進(jìn)行定量評價.研究發(fā)現(xiàn),單純提高體內(nèi)的組蛋白乙酰化水平并不能直接改變散居型和群居型飛蝗的行為型狀態(tài);但高劑量的丁酸鈉注射(500μg組)則促進(jìn)了散居型飛蝗的群居化過程(P＜0.05).此外,為了進(jìn)一步明確乙?；皆黾訉ι⒕有惋w蝗群居化過程的促進(jìn)作用,我們通過Forced Swimming Test檢測法對該行為的改變做出了進(jìn)一步的評價.研究發(fā)現(xiàn)注射500μg丁酸鈉的群居化蝗蝻組與對照組相比

6、,運(yùn)動的總距離顯著增加(P＜0.01),而平均不動的時間則明顯下降(P＜0.05).
　　首先,通過飛蝗轉(zhuǎn)錄組測序(RNA-seq)分析發(fā)現(xiàn),具有乙?；饔玫霓D(zhuǎn)錄因子PCAF山東師范大學(xué)碩士學(xué)位論文
　　在群居型和散居型四齡期之間的表達(dá)差異最大(P＜0.01);同時具有去乙酰化作用的組蛋白去乙?；窰DAC5在群散四齡間也存在著顯著的差異(P＜0.05).通過實(shí)時熒光定量實(shí)驗(yàn)(qRT-PCR)對飛蝗群居化過程中各時間點(diǎn)的檢測

7、發(fā)現(xiàn):CBP、PCAF和HAT1等具有乙?；饔玫霓D(zhuǎn)錄因子和酶的mRNA水平在群居化1 h時顯著升高(P＜0.05);而具有去乙?；饔玫霓D(zhuǎn)錄因子和酶SIRT1和HDAC5則在群居化4 h時顯著增加(P＜0.05).該實(shí)驗(yàn)暗示,在飛蝗群居化過程中伴隨著乙?；揎椝降纳仙?當(dāng)乙酰化水平增加到一定程度,去乙?；揎棸l(fā)揮負(fù)反饋調(diào)節(jié)作用,從而使機(jī)體的乙?；奖３謩討B(tài)平衡.
　　然后,通過蛋白印跡實(shí)驗(yàn)(Western blot)對飛蝗群

8、居化0 h,1 h,4 h,24 h,48 h和72 h各時間點(diǎn)的H3K9乙?；鞍姿竭M(jìn)行檢測,研究發(fā)現(xiàn)群居化4 h時組蛋白乙酰化水平顯著升高(P＜0.05),在接下來的時間內(nèi)又下降到一個合理水平.上述一系列實(shí)驗(yàn)證明:在飛蝗群居化1 h時,乙?；趍RNA水平就發(fā)生了改變;而在群居化4 h時,乙?；诘鞍姿桨l(fā)生了改變;在群居化72 h時,飛蝗的行為才發(fā)生了改變.說明乙?；诜肿铀缴系淖兓缬陲w蝗行為的改變,即在飛蝗行為型發(fā)生轉(zhuǎn)變之

9、前,乙?；揎椝骄鸵呀?jīng)發(fā)生了改變.
　　最后,通過RNA干擾對組蛋白乙?；瘏⑴c飛蝗型變的功能進(jìn)行驗(yàn)證.對乙酰化動態(tài)過程中的兩個關(guān)鍵基因PCAF和HDAC5進(jìn)行RNAi沉默,研究發(fā)現(xiàn):對群居化四齡蝗蝻dsRNA干擾PCAF基因并同時注射高劑量的丁酸鈉,與只注射高劑量的丁酸鈉對照組相比,群居化進(jìn)程明顯減慢(P＜0.05);而dsRNA干擾HDAC5基因時,群居化進(jìn)程則有加速的趨勢.
　　通過本課題的研究,我們證明了組蛋白乙?；?/p>