BmFoxO靶基因BmOSER1在家蚕氧化压力应答中的功能及作用机制研究

The transcription factor FoxO has numerous potent functions, including the regulation on metabolism, development, stress response and lifespan. A significant fundamental problem is how the signals from BmFoxO were transmitted for regulating stress resistance of silkworm at the molecular level, which also concerned with the health characteristics of silkworm breeding and rearing. Based on the previous results about the identification of FoxO target genes, this project systematically studied the function of OSER1, a target gene in response to oxidative stress in silkworm, to reveal its mechanism of OSER1 in the oxidative stress response of silkworm. In order to explore the mechanism of OSER1 in regulating oxidative stress response of silkworm. The stable over-expression, interference and knockout strains of OSER1 have been established, which are available to analyze the effect of its expression on the microscopic characteristics and on the ability of oxidative stress resistance of silkworm. In the built cell model of oxidative stress, the expression of OSER1 will be changed to uncover the molecular mechanism. Based the collective results, the mechanism of OSER1 on oxidative stress response of silkworm will be discussed. This project not only provides a leading exploration for further studying on the function of BmFoxO target genes in regulating the important biological pathway of Bombyx mori, also it can laid a foundation for improving silkworm health and breeding of new strains from a new perspective.

转录因子FoxO具有多方面的重要功能，包括对发育、代谢、压力应答及寿命的调控作用。FoxO如何在分子水平参与家蚕压力抵抗调节，是一个重要的基础性问题，并关系到家蚕选育和饲养中目前备受关注的健康性特征。本项目基于前期对FoxO靶基因鉴定的良好基础，以响应氧化压力应答的靶基因OSER1为研究对象，在家蚕中系统研究OSER1的功能，揭示其在家蚕氧化压力应答过程中的作用。建立该基因的过表达、干涉和敲除系，分析增减该基因表达对家蚕氧化压力抵抗性微观特征和个体水平的影响；在已建立的细胞氧化压力模型中改变OSER1的表达，揭示分子调控关系。通过上述研究，探讨OSER1调控家蚕氧化压力应答的机制。本项目的实施，对深入推进FoxO靶基因调节家蚕重要生物学功能提供先导性探索，并为从一个新的视角改善家蚕健康性及其新品种选育提供参考。

家蚕饲养过程中受到外界不良环境影响或摄入病原体，致使蚕体处于高氧化应激状态，导致蚕体健康性面临威胁，发现参与氧化应激防御的基因并阐明其作用机制具有十分重要的研究意义和应用价值。本项目聚焦蚕体健康性的改善和提升，瞄准氧化应激防御控制基因的发掘和作用机理研究，取得了系统性的重要研究成果及进展。主要包括：（1）鉴定了家蚕中Fox基因家族，发现O亚家族仅包含FoxO一个成员；（2）证明了FoxO参与家蚕氧化压力调节的过程，该成果发表在国际著名期刊《Journal of Pharmaceutical Analysis》上；（3）发现了180个FoxO的潜在直接靶基因，进一步分析挖掘出参与氧化压力应答调节的基因OSER1；（4）确定了FoxO通过直接结合在OSER1上游调控区的方式对其进行转录激活；（5）发现了OSER1能够在家蚕细胞和个体水平响应氧化压力；（6）成功建立了OSER1转基因过表达系和敲除系，完成了过表达和敲除系中抗氧化酶活力和氧化产物含量的测定，发现了在氧化应激状态下OSER1通过提升抗氧化酶的活力调节机体氧化水平；（7）完成了OSER1对蚕体健康性的评价，发现了其对家蚕生存率、生存时长、最大生存时长、压力耐受性等方面具有显著的促进作用；（8）发现了OSER1促进个体健康性提升的作用在物种间具有保守性；（9）探索了氧化应激防御能力在家蚕中作为指征氧化损伤重要指标的应用尝试，该项研究成果发表在国际著名期刊《BMC Medicine》上。上述研究结果表明，OSER1基因在调节家蚕体内氧化应激防御过程中扮演着重要角色。本项目通过对FoxO靶基因的系统鉴定，发掘了参与家蚕氧化应激抵御的基因OSER1，并初步阐明了其参与调节氧化应激抵御过程的作用机制，其成果不仅为探寻控制家蚕高强健性的分子靶点提供了重要依据，也为创制具有高强健性的蚕品种提供了育种素材，同时，也对其他动物乃至人类的抗氧化和健康提供了有益的参考，具有重要应用前景。