西方蜜蜂mrjp1基因的转录调控机理

MRJP1 is the most abundant protein in royal jelly, accounting for 48% of the water soluble protein in royal jelly. MRJP1 and its hydrolysates have multiple biological functions such as nutrition, antibiosis, lower pressure, anti-fatigue and antitumor. The evolution, mRNA expression and biological functions of MRJP1 and other MRJP family members have been widely studied. However, the transcriptional regulation mechanism of MRJP family genes in Apis mellifera is unclear. This project aims to identify the promoter region of mrjp1 gene and the key transcriptional region of the mrjp1 promoter in Apis mellifera, and to identify the transcription factors upstream mrjp1. The results of this study will make clear the molecular mechanism of the transcriptional regulation of mrjp1 gene in Apis mellifera and provide a theoretical basis for cultivating high-yielding royal jelly honeybee species in the future.

MRJP1是蜂王浆中含量最丰富的蛋白，占蜂王浆中水溶性蛋白的48%。MRJP1及其酶解产物具有营养、抗菌、降血压、抗疲劳、抗肿瘤等生物学功能。前人对于MRJP1以及MRJPs家族其它成员的进化、mRNA表达、生物学功能等进行了大量研究，但是目前对于MRJPs家族基因的转录调控机理还不清楚。本项目拟鉴定出mrjp1基因的启动子区以及启动子区的关键转录调控区域，鉴定出调控mrjp1基因转录的转录因子，希望通过这些研究弄清蜜蜂mrjp1基因受到转录调控的具体分子机理，为培育高产王浆蜜蜂品种提供理论依据。

MRJP1是蜂王浆里含量最高的蛋白，具有多方面的生物学功能。mrjp1在哺育蜂咽下腺里的表达量极其高。为了弄清mrjp1转录调控的分子机理，我们对西方蜜蜂mrjp1基因启动子区进行了克隆，获得了2745bp 的mrjp1基因启动子序列。通过双荧光素酶报告基因实验鉴定出了影响mrjp1基因转录的关键启动子区域，我们用该关键区域中的250bp的片段对蜜蜂咽下腺酵母单杂交文库进行筛选，获得了74个与mrjp1启动子互作的候选基因。其中有5个基因（atf-4，crct1，spt20，14-3-3 proteinε，nuclear protein 1）编码的蛋白具有DNA结合结构域，推测它们可能是调控mrjp1的转录因子。qPCR结果显示，atf-4、spt20和nuclear protein 1在哺育和采集蜂阶段的表达量均显著高于出房蜂；而crct1在采集蜂阶段与出房蜂和哺育蜂均无差异，但哺育蜂阶段表达量显著高于出房蜂；14-3-3 protein ε在采集蜂阶段表达量显著高于出房蜂和哺育蜂阶段，出房蜂和哺育蜂之间表达量没有差异。在西方蜜蜂咽下腺中对这5个基因进行RNAi，结果显示，当atf-4和spt20表达下调时，mrjp1表达量会显著降低；而crct1、14-3-3 proteinε、nuclear protein 1表达下调时，并不影响mrjp1的表达。这说明atf-4和spt20基因调控mrjp1的转录。.为了进一步挖掘调控mrjp1转录的转录因子，我们利用ATAC-seq探究了出房蜂、哺育蜂、采集蜂咽下腺染色质可及性的差异。9个样品分别获得的clean reads在41,476,884到45,895,473之间。我们在NEW vs Nurse组、NEW vs Forager组、Forager vs NEW组分别鉴定出894、575、2658个差异peak，对应611、515和1584个基因。对这些基因进行KEGG富集分析结果显示，在这三个比较组中分别有8、6、12条通路显著富集，并且许多通路都与生长发育相关、凋亡相关。我们发现MRJPs家族相关的peak在NEW vs Nurse和NEW vs Forager两组中具有较大的差异，但是没有筛选到位于mrjp1基因启动子区的差异peak。我们的结果表明蜜蜂咽下腺在哺育蜂和采集蜂时期转录更加活跃。.