优雅蝈螽卵巢Piwi蛋白亚家族成员Giwi cDNA序列全长的克隆与生物信息学分析

刘静 周志军 常岩林

生殖干细胞（germline stem cells，GSC）是精巢和卵巢中配子发生的中枢，GSC的自我更新与分化在动物体内保持平衡，从而使GSC和成熟配子的数量保持稳定［1］。关于GSC的研究在模式生物果蝇中最为深入。Piwi基因广泛存在于各种多细胞生物类群的干细胞之中。迄今为止，尚没有关于其在半变态昆虫中研究的报道。Lin和Spradling［2］首先在果蝇卵巢中发现piwi基因对GSC的分裂有调控作用。随后，Cox等［3，4］证明piwi基因在果蝇雌性和雄性GSC中以自主方式表达并促进GSC分裂。Piwi蛋白通过与piRNA（Piwi-interacting RNA）结合形成Piwi-piRNA复合物引起基因沉默，进而对生殖细胞进行调控［5-7］。目前在多种生物（如人、小鼠、斑马鱼、线虫）中都有果蝇piwi基因的同源基因发现，piwi基因的突变可导致生殖细胞发育缺陷［4，8-12］。

虽然近年来已对多种昆虫的piwi同源基因进行了研究［13，14］，但昆虫种类繁多，生殖方式多样，生殖生理差异较大。已研究的果蝇、蜜蜂、家蚕均为完全变态类昆虫，其卵巢管为滋养式（meroistic type），piwi基因在生殖干细胞龛（stem cell niche）的端丝和冠细胞中均有表达［4］，piwi基因突变导致GSCs过早丢失［15］。直翅目为不完全变态类昆虫，其卵巢管是无滋式（panoistic type），卵子发生过程中没有滋养细胞提供营养和信号［16］。无滋式的直翅目昆虫卵巢是否存在调控GSC发育的因子，是否存在Piwi蛋白同源物，GSC发育的调控模式等尚无报道。

优雅蝈螽（Gampsocleis gratiosa）隶属于昆虫纲（Insecta）直翅目（Orthopter）螽斯总科（Tettigonoidea），是直翅目重要的模式昆虫。本研究利用piwi基因主要表达于生殖细胞的特点，通过转录组测序（RNASeq）、RACE-PCR及相关生物信息学技术，对优雅蝈螽雌性成虫卵巢中piwi同源基因及预测的蛋白序列进行分析，为厘清无滋式卵巢管的原卵区（germarium）内部细胞的组成及GSC龛模式在不完全变态昆虫是否适用等问题提供理论依据。……