飞蝗血蓝蛋白基因的克隆和在低氧适应中的功能分析

昆虫血蓝蛋白最近被认识到在呼吸代谢等生理活动中具有重要功能。我们拟打算以不完全变态的模式物种- - 飞蝗为研究对象，运用基因组学、生物信息学和分子生物学的多种技术手段，分析和鉴定血蓝蛋白在飞蝗中的低氧适应性功能。基于我们研究组构建的飞蝗EST和转录组数据库，来获取飞蝗血蓝蛋白的序列。在此基础上，利用定量PCR、Western杂交、RNAi干扰等技术，阐明Hexamerin基因的时空表达、应激表达和干扰表达模式。揭示血蓝蛋白和飞蝗低氧适应性的关系。拟回答飞蝗血蓝蛋白是否具有携氧能力，是否参与飞蝗对低氧胁迫的适应，以及飞蝗血蓝蛋白是否为多功能蛋白。为阐释飞蝗低氧适应性的地理变异机制提供新的证据。

按照项目计划完成了相关研究并达到预期目标。昆虫具有发达的气管系统，用来高效的运输氧气到各个组织和细胞。因此，昆虫是否具有携氧的蛋白存在争议。在对飞蝗基因组搜索中发现血蓝蛋白基因存在。飞蝗血蓝蛋白有两个亚基HC1和HC2，分别有4个拷贝和3个拷贝。发育过程中的基因表达测定发现，两个亚基在胚胎期有高表达，在胚胎发育中期达到高峰，但在蝗蝻期和成虫期表达极低或者没有表达，说明血蓝蛋白是胚胎特异性表达的蛋白。通过氧结合曲线测定分析发现，成虫没有氧合曲线，而胚胎有明显的氧合曲线，说明胚胎血蓝蛋白具有携氧功能。进一步证实血蓝蛋白响应低氧胁迫发生显著的表达改变。该研究第一次揭示昆虫胚胎呼吸的新机制，对理解物种，特别是胚胎时期的低氧环境适应具有重要意义。