凋亡抑制基因在家蚕和BmNPV互作中的功能研究

The sericulture has been an important industry in our country. However, the silkworm diseases cause huge economic losses of silkworm industry each year, especially the Bombyx mori nucleopolyhedrosis. Bombyx mori nucleopolyhedrosis virus is the pathogen of nucleopolyhedrosis. Due to the molecular mechanisms of BmNPV infection has not been completely resolved, the antiviral breeding process of silkworm was hampered. This project will embroider on the important scientific problem “The molecular mechanism of the interaction of the host (Bombyx mori) and baculovirus (BmNPV)”, and we use the apoptosis, an important insect innate immune response, as the breakthrough point for studying. First, we will identify the inhibitor of apoptosis genes and analyze their structural and expression characteristics using bioinformatics and molecular biology methods. Then, we identify their impacts on the process of host cell apoptosis through the over-expression and knock-out of the target genes in the Bombyx mori cell lines. Finally, we will identify the interaction between proteins by the co-immunoprecipitation and elucidate the molecular regulatory mechanism of IAP genes in the process of BmNPV infecting of the silkworm, and verify their functions at the individual level. Through the studies in the project, the pathogenic mechanism of BmNPV and the silkworm immune protection mechanism will be further explained, and some important theoretical supports and materials will be provided for breeding the anti-BmNPV silkworm strains.

养蚕业一直是我国的重要产业，而蚕病的危害每年都给蚕丝业带来巨大的经济损失，其中尤以家蚕血液型脓病为主。家蚕核型多角体病毒（BmNPV）是血液型脓病的病原，因其侵染家蚕的机制未被完全解析，严重阻碍了家蚕抗NPV品种的培育。本项目围绕“宿主（家蚕）与杆状病毒（BmNPV）相互作用的分子机制”这一重要科学问题，以昆虫重要的先天免疫应答——细胞凋亡为切入点开展。项目拟首先通过生物信息学和分子生物学等手段鉴定凋亡抑制基因（IAPs），并分析其结构和表达特征；然后通过在家蚕细胞中过表达和敲除目的基因，鉴定其对宿主细胞凋亡过程的影响；最后通过免疫共沉淀等技术鉴定蛋白质之间的相互作用，阐释IAPs基因在BmNPV侵染家蚕过程中的分子调控机制，并在个体水平上验证其功能。通过本项目的研究，可以进一步阐释BmNPV的致病机理和家蚕机体免疫保护机制，并为家蚕抗BmNPV病毒品种的培育提供理论支撑和素材。

细胞凋亡作为昆虫免疫应答的重要组成部分，在病毒与宿主相互作用的过程中扮演着重要角色，以细胞凋亡相关基因为研究对象对阐明其在病毒感染过程中的作用具有重要的参考价值。本项目围绕“宿主（家蚕）与杆状病毒（BmNPV）相互作用的分子机制”这一重要科学问题，把家蚕和BmNPV凋亡抑制基因（Inhibitor of apoptosis, IAPs）作为研究对象，深入研究其功能和作用机制，取得了突破性研究成果及进展。主要包括：克隆鉴定了家蚕和BmNPV凋亡抑制基因Bmiap、BmNPV iap1和iap2；通过进化分析发现昆虫的IAPs蛋白均与杆状病毒的IAP3聚在一起，表明它们之间可能存在着基因水平转移，杆状病毒的iap3基因可能来自于鳞翅目和双翅目昆虫；证明了Bmiap和BmNPV iap2具有抑制家蚕细胞凋亡的功能，在BmNPV侵染家蚕细胞过程中，家蚕和BmNPV IAPs基因均能够促进BmNPV的复制增殖，并证明了BmNPV IAP1和IAP2均能与BmIAP直接相互作用，暗示在BmNPV浸染过程中Bmiap基因可能被BmNPV iaps劫持利用；鉴定了1个能够与BmIAP相互作用的蛋白BmPP5，且该蛋白在昆虫中高度保守，在BmNPV侵染过程中，Bmiap和Bmpp5能够相互促进，且Bmpp5能够促进BmNPV的复制增殖；阐明了Bmhsc70-4基因在BmNPV侵染家蚕细胞过程中，能够与BmIAP 相互作用，并促进BmNPV复制增殖；创建了以BmNPV iap2基因为靶标的抗BmNPV家蚕转基因素材，且该转基因品系对幼虫的体重及全茧量、茧层量、茧层率等经济性状均没有影响，表明该品系可用于抗BmNPV病毒家蚕品种的培育。通过本项目的实施，进一步证明了细胞凋亡在家蚕与BmNPV相互作用过程中发挥着重要作用，通过对家蚕和BmNPV凋亡抑制基因的研究揭示了其作用及调控机制，并获得了以BmNPV的凋亡抑制基因为分子靶标的抗病毒转基因素材，以上成果不仅为促进人们对BmNPV致病机理及与宿主相互作用机制的认识提供了重要理论参考，也为抗BmNPV家蚕品种的培育提供了素材。