暗黑鳃金龟UDP-N-乙酰氨基葡萄糖焦磷酸化酶(UAP)基因的克隆、原核表达及功能分析

【目的】本研究旨在阐明暗黑鳃金龟Holotrichia parallela UDP-N-乙酰氨基葡萄糖焦磷酸化酶(UAP)基因HpUAP的序列特征和功能。【方法】通过PCR方法从暗黑鳃金龟2龄幼虫中扩增HpUAP全长cDNA序列,并进行生物信息学分析;构建pET30a-HpUAP重组表达载体,转化大肠杆菌Escherichia coli BL21(DE3),IPTG诱导蛋白表达;利用qRT-PCR检测HpUAP在暗黑鳃金龟幼虫不同发育阶段(1-3龄幼虫)和3龄第2天幼虫不同组织(体壁、中肠、直肠、回肠、马氏管和脂肪体)中的表达量。利用RNAi沉默暗黑鳃金龟2龄幼虫体内HpUAP基因后,观察其生长发育和存活情况,并测定RNAi 72 h后其HpUAP表达量和体壁几丁质含量。【结果】PCR扩增获得暗黑鳃金龟HpUAP 全长cDNA序列(GenBank登录号: MW676788),开放阅读框长1 461 bp,编码486个氨基酸残基,蛋白分子量约为53.9 kD。系统进化分析发现HpUAP与似牛嗡蜣螂Onthophagus taurinus UAP的氨基酸序列以较高的置信度聚为一个分支。经IPTG诱导可表达53.9 kD的HpUAP蛋白,与预期大小一致。发育表达谱结果表明HpUAP在1龄第1天和3龄第1天暗黑鳃金龟幼虫中表达量较高,组织表达谱结果表明HpUAP在暗黑鳃金龟3龄第2天幼虫中肠和体壁中表达量较高。HpUAP RNAi导致暗黑鳃金龟2龄幼虫生长与行动缓慢,体表颜色加深并皱缩;RNAi处理72 h后,与对照组（dsGFP注射组）相比,dsHpUAP注射组HpUAP表达量下降了93.06%,死亡率增加了40%左右,表皮几丁质含量下降了约29%。【结论】结果说明HpUAP参与几丁质代谢,在暗黑鳃金龟幼虫的生长发育过程中起关键作用。     

绿盲蝽表皮蛋白基因AlCP17的克隆、多克隆抗体制备及表达谱分析

【目的】本研究旨在通过克隆绿盲蝽Apolygus lucorum表皮蛋白(cuticular protein, CP)基因AlCP17、制备其多克隆抗体和分析其时空表达特性,为AlCP17蛋白功能的研究奠定基础,也为进一步解析绿盲蝽表皮发育过程中的信号通路图谱提供依据。【方法】基于前期转录组数据克隆绿盲蝽AlCP17的cDNA全长序列并进行生物信息学分析;构建AlCP17原核表达载体pCZN1-AlCP17并转化大肠杆菌Escherichia coli进行体外表达,利用纯化后的重组蛋白制备AlCP17蛋白多克隆抗体;qRT-PCR检测AlCP17在绿盲蝽不同发育阶段(1-5龄若虫和成虫)和3龄初期若虫不同组织(头、胸、足、中肠、脂肪体和表皮)中的表达谱。【结果】克隆获得绿盲蝽AlCP17全长cDNA序列(GenBank登录号：OM302231),其开放阅读框长594 bp,编码197个氨基酸,预测蛋白分子量为21.69 kD,理论等电点为6.11。编码的蛋白质具有典型的表皮蛋白结构特征,含有节肢动物表皮蛋白几丁质保守结合域(non-cysCBD),即Chitin＿bind＿4结构域;氨...     

多异瓢虫气味结合蛋白HvarOBP2的基因克隆及配体结合特性分析

【目的】本研究旨在克隆多异瓢虫Hippodamia variegata气味结合蛋白(odorant-bindingproteins, OBPs)基因HvarOBP2,并解析这一蛋白的配体结合特征。【方法】采用BLAST和生物信息学技术从多异瓢虫成虫触角转录组中鉴定候选气味结合蛋白基因HvarOBP2,PCR特异扩增HvarOBP2基因全长cDNA序列;通过体外原核表达和亲和柱层析等手段获得HvarOBP2重组蛋白;运用荧光竞争结合实验测定重组蛋白HvarOBP2与40种植物挥发物组分以及24种蚜虫相关挥发物组分的结合能力;使用PyMOL1.9.0进行重组蛋白HvarOBP2与4种配体（β-紫罗兰酮、邻苯二甲酸二丁酯、油酸和橙花叔醇）的分子对接模拟。【结果】HvarOBP2(GenBank登录号: OK340816)开放阅读框(open reading frame, ORF)长447 bp,其编码蛋白N端有17个氨基酸组成的信号肽,具有6个保守的半胱氨酸位点,属于classical OBPs亚家族。荧光竞争结合实验结果表明,重组蛋白HvarOBP2与植物挥发物组分油酸(解离常数Ki=1.68±0.04μmol/L)、邻苯二甲酸二丁酯(Ki=8.77±0.19 μmol/L)、橙花叔醇(Ki=15.93±0.33 μmol/L)和β-紫罗兰酮(Ki=10.79±0.24 μmol/L)有较强的结合能力;重组蛋白HvarOBP2与上述4种配体的分子对接模拟表明,HvarOBP2的Phe12和Phe118是与多个配体结合的氨基酸残基。【结论】结果提示HvarOBP2参与多 异瓢虫识别植物挥发物、间接定位猎物栖息地等行为,这些与HvarOBP2强结合的化合物在多异瓢虫搜寻定位寄主过程发挥作用。     

桑氏链霉菌几丁质酶ChiKJ40基因的克隆表达及其抑菌作用

【背景】目前关于桑氏链霉菌(Streptomyces sampsonii)生防基因的研究不多,仅从其基因组中克隆了2个几丁质酶基因片段,其单个几丁质酶的完整基因序列相关研究未见报道。【目的】克隆S.sampsonii KJ40的几丁质酶基因Chi KJ40并进行原核表达,纯化重组蛋白并研究其抑菌作用。【方法】采用PCR扩增法从S.sampsonii KJ40中克隆几丁质酶基因Chi KJ40,连接到表达载体p ET-32a,导入Escherichia coli BL21(DE3)进行诱导表达。使用His标记蛋白质微量纯化试剂盒对重组几丁质酶进行纯化,Bradford蛋白浓度测定试剂盒测定粗酶液和纯化酶液的浓度,几丁质酶试剂盒测定粗酶液和纯化酶液的几丁质酶活性。观察重组几丁质酶对桉树焦枯病菌(Cylindrocladium scoparium)、栗疫病菌(Cryphonectria parasitica)、链格孢菌(Alternaria alternate)、紫丝核菌(Rhizoctonia violacea)几种致病真菌的抑菌作用。【结果】Chi KJ40基因(登录号为MF434484)在E.coli中经IPTG诱导表达,获得42 k D的重组几丁质酶,不同浓度IPTG在37°C诱导3 h,蛋白产量无明显变化。0.2 mmol/L IPTG 16°C诱导过夜,重组几丁质酶主要以可溶性形式存在于上清,小部分以包涵体存在于沉淀中。粗酶液几丁质酶活性为0.080 U/m L,酶比活力为0.041 U/mg,纯化酶液几丁质酶活性为0.046 U/m L,酶比活力为0.115 U/mg,纯化倍数为2.8,酶活回收率为57.5%。重组几丁质酶处理后,C.scoparium、C.parasitica和A.alternata菌丝细胞出现分节、膨胀,R.violacea菌丝溶解且部分被破坏成碎片。【结论】Chi KJ40基因的研究补充了S.sampsonii的生防背景,为几丁质酶基因找到了新的来源,并为其应用奠定了理论基础。     

暗黑鳃金龟气味结合蛋白HparOBP15a基因的克隆及功能分析

【目的】暗黑鳃金龟Holotrichia parallela通过气味结合蛋白(odorant binding protein,OBP)识别性信息素和植物挥发物准确而迅速地定位配偶、寄主植物。本研究通过克隆暗黑鳃金龟气味结合蛋白15a(Hpar OBP15a)基因,解析该基因的编码蛋白特征、组织表达模式及与寄主植物气味等化合物的结合特性方面的研究,为阐明暗黑鳃金龟基于嗅觉识别的寄主植物选择机理奠定理论基础。【方法】根据暗黑鳃金龟成虫触角转录组测序的结果,利用RT-PCR克隆了Hpar OBP15a基因;Real-time PCR方法分析了该基因在成虫不同部位的表达量差异;荧光竞争结合测定了Hpar OBP15a蛋白和58种候选化合物的结合特征。【结果】暗黑鳃金龟Hpar OBP15a基因全长534 bp,编码147个氨基酸,Gen Bank登录号为AK1834747。Hpar OBP15a在触角中特异表达,且在雌虫触角中表达量显著高于雄虫。在被测的58种化合物中,Hpar OBP15a与46种气味化合物具有较好的亲和性,其中与十二烷、十二醇结合能力最强,其解离常数分别为8.5和11.3μmol/L;同时,对性信息素(L-异亮氨酸甲酯和R-芳樟醇)也有一定的结合能力(解离常数分别为21.0和18.5μmol/L)。【结论】Hpar OBP15a具有广泛的气味结合谱,其中对榆树挥发物十二烷的结合能力最强,因此该蛋白可能在暗黑鳃金龟对榆树的定位过程中具有重要作用。     

一种几丁质酶基因的克隆表达及酶解产物分析

【目的】克隆耐冷菌假交替单胞菌(Pseudoalteromonas sp.DL-6)的几丁质酶基因并进行原核表达,纯化重组蛋白并研究其酶解产物。【方法】采用PCR扩增法从Pseudoalteromonas sp.DL-6中克隆几丁质酶基因(chi A),连接到表达载体p ET28a,导入Escherichia coli BL21(DE3)进行诱导表达。SDS-PAGE检测几丁质酶Chi A的分子量与纯度,4-甲基伞形酮荧光底物4MU-(Glc NAc)2测定酶活,电喷雾质谱(ESI-MS)检测酶解产物。【结果】chi A基因(Gen Bank登录号KF234015)在大肠杆菌中高效表达,Ni-NTA亲和层析柱纯化几丁质酶Chi A的总活力可达168.68 U。ESI-MS检测结果表明重组蛋白酶解1%胶体几丁质的产物为几丁寡糖。【结论】利用内切几丁质酶Chi A水解几丁质生产几丁寡糖,为其在食品、医药和农业等领域的潜在应用提供有利参考。     

暗黑鳃金龟碱性磷酸酶HpALP的基因克隆、表达及其与Bt Cry8Ea3的结合特性

【目的】明确苏云金芽胞杆菌Bacillus thuringiensis(Bt)晶体蛋白对暗黑鳃金龟Holotrichia parallela幼虫的杀虫机制。【方法】基于暗黑鳃金龟转录组数据,PCR克隆暗黑鳃金龟碱性磷酸酶(alkaline phosphatase, ALP)基因HpALP全长cDNA序列;利用原核表达系统在体外表达HpALP,并进行Western blot检测;利用qRT-PCR测定HpALP在暗黑鳃金龟3龄第2天幼虫不同组织(前肠、中肠、直肠、回肠、马氏管、脂肪体和体壁)中的表达水平;利用配体印记实验及ELISA技术对HpALP蛋白与苏云金芽胞杆菌晶体蛋白Cry8Ea3体外结合特性进行分析。【结果】得到了暗黑鳃金龟HpALP 全长cDNA (GenBank登录号: MZ004964),长1 536 bp,编码512个氨基酸,预测蛋白质分子量为57.32 kD,等电点为4.70;HpALP与食粪金龟Onthophagus taurus ALP的氨基酸序列一致性最高;原核表达获得重组蛋白HpALP,经Western blot检测HpALP重组蛋白在IPTG诱导8 h时的表达量最高。qRT-PCR分析的组织表达谱结果表明,HpALP在幼虫前肠中丰度最高。HpALP重组蛋白可以与Cry8Ea3特异结合,解离常数Kd值为76.21±26.44 nmol/L,最大亲合力B_max值为0.59±0.068;而HpALP重组蛋白与对照Cry1Ab35不结合,Kd值为142.50±137.30 nmol/L,Bmax值为0.013±0.005。【结论】分离鉴定了暗黑鳃金龟HpALP蛋白,它与Bt Cry8Ea3亲和力强,推断其为Cry8Ea3的受体蛋白。研究结果为明确Cry8Ea3蛋白对暗黑鳃金龟的作用机制提供了理论依据。     

松墨天牛表皮蛋白基因的克隆及表达分析

【目的】本研究旨在探索松墨天牛Monochamus alternatus Hope中昆虫表皮蛋白（ICP）基因在幼虫各组织中和不同发育阶段的时空表达模式。【方法】用cDNA末端快速扩增方法(rapid amplification of cDNA ends, RACE) 克隆了松墨天牛表皮蛋白基因,用实时荧光定量PCR分析了该基因在幼虫体内和不同虫态中的表达。【结果】克隆获得的松墨天牛幼虫表皮蛋白基命名为MoalICP（GenBank 登录号：AGX00998.1）,开放阅读框长408 bp,编码135个氨基酸,推测得到的蛋白的分子量为14.51 kDa。由MoalICP推导的蛋白与桑天牛Apriona germari ICP (AAM66718.1)氨基酸序列一致性为79%;与丽蝇蛹集金小蜂Nasonia vitripennis ICP (NP_001161297.1)、果蝇Drosophila mojavensis ICP (XP_002005461.1)、玉带凤蝶Papilio polytes ICP (BAM18876.1)等19种昆虫表皮蛋白的氨基酸序列一致性在35%~45%之间;在第10-26位氨基酸位处含有一个跨膜片段。MoalICP在幼虫头、体壁、脂肪体、血细胞、中肠和马氏管均有表达;在蛹和成虫中的表达量分别是在幼虫中的44%和161%。【结论】MoalICP与其他昆虫有较高的氨基酸序列一致性。MoalICP在松墨天牛幼虫内广泛表达;在各个发育阶段中,以成虫中的表达量最高。本文为进一步研究松墨天牛表皮蛋白基因的生理功能和松墨天牛的表皮化学奠定基础。     

中华按蚊气味结合蛋白AsinOBP2的基因克隆、表达谱及与人体气味物质的结合特性分析

【目的】克隆中华按蚊Anopheles sinensis气味结合蛋白2(odorant binding protein 2, OBP2)基因AsinOBP2,分析该基因的表达及其重组蛋白与人体气味物质的结合能力。【方法】采用RT-PCR和RACE技术克隆AsinOBP2的全长cDNA序列,通过qPCR分析AsinOBP2基因在中华按蚊不同发育时期(雌雄蛹及羽化后第0, 1, 2, 3, 6和9天的成虫)、3日龄成虫不同嗅觉组织(触角、喙和下颚须)和吸血前后3日龄雌成虫中的表达水平;通过原核表达和亲和层析,表达并纯化AsinOBP2重组蛋白,运用荧光竞争结合实验测定重组蛋白AsinOBP2与39种人体气味物质的结合能力。【结果】克隆并测序了AsinOBP2的全长cDNA序列(GenBank登录号: MT700441),其开放阅读框长492 bp,编码163个氨基酸,N末端30个氨基酸为信号肽序列,具有气味结合蛋白典型的6个保守半胱氨酸结合位点,属于Classic亚家族成员。qPCR结果显示,AsinOBP2在中华按蚊羽化后的表达水平逐渐增强,羽化后第6天表达水平最高,随后开始下降;AsinOBP2主要在雌成蚊触角中表达;吸食血液后3日龄雌成虫中AsinOBP2的表达水平显著下降。荧光竞争结合实验显示,在测定的39种人体气味物质中,重组蛋白AsinOBP2与12种化合物具有结合活性,其中与吲哚结合能力较强,解离常数Ki=27.15 μmol /L,其次是与正丙胺、2-甲基丁醛和葵醛,解离常数Ki分别为42.49, 48.33和47.90 μmol /L。【结论】根据AsinOBP2基因的表达特点及其重组蛋白与人体气味物质的结合能力,后者表明AsinOBP2对人体气味物质具有明显的选择结合特性,我们推断AsinOBP2在雌蚊追寻宿主的行为中起着重要的作用。     

水稻恶苗病菌(Fusarium fujikuroi)β-微管蛋白基因克隆及与多菌灵抗药性关系

【目的】揭示水稻恶苗病菌(Fusarium fujikuroi)对多菌灵的抗药性与其β-微管蛋白基因的相关性。【方法】结合形态学和TEF-1α基因序列对分离菌株进行鉴定;根据近源种拟轮枝镰孢菌(Fusarium verticillioides)核基因组测序菌株7600的β-微管蛋白核苷酸序列设计引物,采用PCR方法克隆并比对分析了F.fujikuroi对多菌灵不同敏感性表型的5个菌株的β-微管蛋白基因全序列;利用实时定量技术(qRT-PCR)分析了β-微管蛋白基因在上述5个菌株中的表达特性。【结果】F.fujikuroi的β-微管蛋白基因核苷酸序列(GenBank登录号:JQ026022)全长1671 bp,包含4个内含子,编码447个氨基酸残基;2个敏感性菌株和3个抗药性菌株的β-微管蛋白基因核苷酸序列同源性100%;在无药剂处理下该基因在2个敏感性菌株中的表达水平显著高于3个抗药性菌株(p=0.05),且对同一菌株而言,药剂处理能够显著提高β-微管蛋白基因表达水平(p=0.05),但在相同药剂处理条件下,菌株间差异不显著。【结论】F.fujikuroi对多菌灵的抗药性机制与β-微管蛋白无关,有待进一步研究。     

羽化和性成熟时中华蜜蜂蜂王和雄蜂转录组分析

【目的】为了系统了解中华蜜蜂Apis cerana cerana蜂王和雄蜂转录组特征,丰富蜜蜂转录组数据信息。【方法】本研究利用高通量测序的方法分别检测中华蜜蜂蜂王和雄蜂刚出房、性成熟时期以及性成熟期蜂王生殖系统和雄蜂生殖系统之间转录组表达差异。【结果】经过测序获得质量值不低于20的碱基比例（Q20）均高于90%;所有reads组装成90 839个unigenes,平均长度1 549 bp;基于5个数据库(NR,Swiss Prot,GO,COG和KEGG)进行比对,共有45 112个unigenes被注释。差异基因表达分析发现,与刚出房时相比,性成熟的蜂王和雄蜂均在表皮蛋白、细胞色素P450、气味结合蛋白等家族基因上存在显著差异表达,而且这些差异表达基因与蜜蜂生长发育和性成熟过程中蜜蜂骨骼发育、生殖系统发育、嗅觉发育等方面有关;性成熟蜂王与性成熟雄蜂之间以及它们生殖系统之间在气味结合蛋白基因方面存在显著差异。【结论】结果表明,中华蜜蜂在性成熟过程中,体内大量基因的表达发生了变化。这些结果揭示了中华蜜蜂性成熟发育的整体基因表达特征,在得到大量转录组unigene序列的同时,获得了一批与蜜蜂性成熟有关的基因序列,为深入开展中华蜜蜂生长发育与繁殖研究提供了丰富的数据资源。     

中华蜜蜂性信息素结合蛋白ASP1的原核表达及配基结合特性分析

【目的】研究中华蜜蜂Apis cerana cerana信息素结合蛋白ASP1与蜜蜂信息素及某些植物挥发物分子的结合功能。【方法】构建中蜂ASP1的原核表达载体, 对其进行重组蛋白的诱导表达和分离纯化, 并得到具有生化活性的中蜂ASP1重组蛋白, 最后以1-NPN作为荧光报告探针, 通过荧光竞争结合实验研究中蜂重组ASP1蛋白与蜜蜂信息素及其他气味分子的结合功能。【结果】在22种潜在信息气味物质中, 有7种与中蜂ASP1有较强的结合能力, 能将1-NPN的相对荧光强度降至50%以下。其中发现蜂王信息素两种成分对 羟基苯甲酸甲酯和香草醇的竞争能力最强, 可分别引起1-NPN相对荧光值下降99.31%和95.50%, 解离常数K_D分别为13.39和98.44 μmol/L; 而与除蜂王信息素外的其他信息素如幼虫信息素和工蜂信息素等分子均不结合。此外中蜂ASP1对于水杨酸甲酯、 苯乙醛、 3, 4-二甲基苯甲醛4-烯丙基藜芦醚和β-紫罗兰酮等5种植物挥发物质能产生强度不一的结合。【结论】中蜂信息素结合蛋白ASP1对蜂王信息素具有非常强的特异性, 同时也能结合某些植物挥发性气味分子, 暗示中蜂ASP1是一种以蜂王信息素识别为主要功能、 植物挥发物识别为次要功能的多功能信息素结合蛋白。     

东方蜜蜂微孢子虫一新型孢壁蛋白的基因克隆、 表达及亚细胞定位

【目的】微孢子虫(Microsporidia)孢壁在孢子构成及孢子侵染宿主过程中扮演重要的角色。本研究旨在鉴定获得的东方蜜蜂微孢子虫Nosema ceranae新型孢壁蛋白,并进行基因克隆和原核表达,明确其亚细胞定位。【方法】通过在线软件对东方蜜蜂微孢子虫新型孢壁蛋白AAJ76_1400036761序列进行生物信息学分析。利用PCR法获取目的片段并将其克隆至原核表达载体pCold II中,利用IPTG诱导表达重组蛋白并通过镍柱亲和层析法纯化目的蛋白。以获得的重组蛋白为抗原免疫小鼠制备多克隆抗体,通过间接免疫荧光技术和免疫胶体金定位技术对该蛋白进行亚细胞定位分析;利用蛋白质免疫印迹法检测该蛋白与东方蜜蜂微孢子虫几丁质壳的互作。【结果】在MicrosporidiaDB数据库中获得AAJ76_1400036761基因序列,基因全长681 bp,编码226个氨基酸;预测等电点为6.84,分子量为26.19 kD。SDS-PAGE电泳和Western blot结果表明AAJ76_1400036761重组蛋白能够在大肠杆菌Eescherichia coli Rosetta中高量表达。Western blot结果表明,制备的多克隆抗体能够特异地识别东方蜜蜂微孢子虫总蛋白中的AAJ76_1400036761,说明其在成熟东方蜜蜂微孢子虫中有表达。亚细胞定位结果显示,AAJ76_1400036761定位于东方蜜蜂微孢子虫孢壁上。重组蛋白AAJ76_1400036761能够与蜜蜂微孢子虫的几丁质壳结合。【结论】AAJ76_1400036761蛋白在东方蜜蜂微孢子虫成熟孢子中有表达;该蛋白定位于东方蜜蜂微孢子虫孢壁上,为东方蜜蜂微孢子虫新的孢壁蛋白。本研究为深入研究该蛋白的生物学功能奠定了基础。     

家蚕胚胎中胚胎发育因子基因BmEDFG4结构的验证及其结合蛋白的筛选

【目的】本研究旨在通过寻找家蚕Bombyx mori胚胎发育因子(embryonic development factor, EDF)基因BmEDF G-四链体(G-quadruplex, G4)结构的结合蛋白,进一步探究G4结构调控家蚕胚胎发育的可能作用和机制。【方法】通过圆二色谱(circular dichroism, CD)和凝胶迁移实验(electrophoretic mobility shift assay, EMSA)验证G4序列在体外是否形成G4结构;通过启动子活性实验验证BmEDF启动子区G4结构对BmEDF的表达调控的影响;通过qRT-PCR检测BmEDF在家蚕胚胎发育各时期的表达量变化。通过EMSA联合质谱分析可能与BmEDF的G4结构结合的蛋白,然后将与G4结构结合的2个候选蛋白BmeIF4H和BmADDH分别进行基因克隆、表达和纯化,再通过EMSA实验分别验证候选蛋白BmeIF4H和BmADDH与BmEDF的G4结构结合与否。【结果】CD和EMSA实验都证明BmEDF的G4序列在体外可以形成G4结构。启动子活性实验表明BmEDF G4结构的存在对BmEDF转录表达具有正调控的作用。qRT-PCR结果表明BmEDF在产卵后120 h时表达量显著升高。经原核表达纯化,获得BmeIF4H和BmADDH重组蛋白。EMSA实验表明重组蛋白BmeIF4H在体外与BmEDF的G4结构结合,BmADDH不与BmEDF G4结构结合。【结论】家蚕胚胎中的BmeIF4H蛋白可能与BmEDF的G4结构结合。本研究为解析家蚕胚胎发育的DNA高级结构调控机理提供了实验证据。     

A conserved domain in arthropod cuticular proteins binds chitin

Many insect cuticular proteins include a 35-36 amino acid motif known as the R&R consensus. The extensive conservation of this region led to the suggestion that it functions to bind chitin. Provocatively, it has no sequence similarity to the well-known cysteine-containing chitin-binding domain found in chitinases and some peritrophic membrane proteins. Using fusion proteins expressed in E. coli, we show that an extended form of the R&R consensus from proteins of hard cuticles is necessary and sufficient for chitin binding. Recombinant AGCP2b, a putative cuticular protein from the mosquito Anopheles gambiae, was expressed in E. coli and the purified protein shown to bind to chitin beads. A stretch of 65 amino acids from AGCP2b, including the R&R consensus, conferred chitin binding to glutathione-S-transferase (GST). Directed mutagenesis of some conserved amino acids within this extended R&R consensus from hard cuticle eliminated chitin binding. Thus arthropods have two distinct classes of chitin binding proteins, those with the chitin-binding domain found in lectins, chitinases and peritrophic membranes (cysCBD) and those with the cuticular protein chitin-binding domain (non-cysCBD).     

Chitin binding proteins act synergistically with chitinases in Serratia proteamaculans 568

Genome sequence of Serratia proteamaculans 568 revealed the presence of three family 33 chitin binding proteins (CBPs). The three Sp CBPs (Sp CBP21, Sp CBP28 and Sp CBP50) were heterologously expressed and purified. Sp CBP21 and Sp CBP50 showed binding preference to β-chitin, while Sp CBP28 did not bind to chitin and cellulose substrates. Both Sp CBP21 and Sp CBP50 were synergistic with four chitinases from S. proteamaculans 568 (Sp ChiA, Sp ChiB, Sp ChiC and Sp ChiD) in degradation of α- and β-chitin, especially in the presence of external electron donor (reduced glutathione). Sp ChiD benefited most from Sp CBP21 or Sp CBP50 on α-chitin, while Sp ChiB and Sp ChiD had major advantage with these Sp CBPs on β-chitin. Dose responsive studies indicated that both the Sp CBPs exhibit synergism ≥ 0.2 μM. The addition of both Sp CBP21 and Sp CBP50 in different ratios to a synergistic mixture did not significantly increase the activity. Highly conserved polar residues, important in binding and activity of CBP21 from S. marcescens (Sm CBP21), were present in Sp CBP21 and Sp CBP50, while Sp CBP28 had only one such polar residue. The inability of Sp CBP28 to bind to the test substrates could be attributed to the absence of important polar residues.     

枣食芽象甲化学感受蛋白PyasCSP4的基因克隆、表达及配体结合特征

【目的】本研究为明确枣树Zizyphus jujuba主要害虫枣食芽象甲Scythropus yasumatsui化学感受蛋白4(chemosensory protein 4, CSP4)的表达特点及配体结合特性。【方法】基于枣食芽象甲成虫触角转录组数据,利用RT-PCR方法克隆了枣食芽象甲PyasCSP4 cDNA序列,并进行生物信息学分析。通过RT-qPCR方法测定PyasCSP4在枣食芽象甲成虫不同组织(触角、去除触角的头、胸、腹、足和翅)中的表 达水平。通过原核表达系统和镍柱纯化获得PyasCSP4重组蛋白,采用荧光竞争结合实验测定重组蛋白PyasCSP4与35种枣树挥发物的结合特性。【结果】克隆获得枣食芽象甲PyasCSP4的cDNA序列(GenBank 登录号: OK322362),其开放阅读框全长为366 bp,编码121个氨基酸,N末端有18个氨基酸组成的信号肽序列, PyasCSP4成熟蛋白序列具有4个保守的半胱氨酸残基。RT-qPCR结果表明, PyasCSP4基因在成虫不同组织中均有表达,在触角和翅中的表达量显著高于在其他组织中的表达量。重组蛋白PyasCSP4与25种配体具有结合活性,尤其与α-蒎烯、α-水芹烯和罗勒烯等的结合能力最强,解离常数(Ki)值分别为6.29, 6.58和6.69 μmol/L。【结论】PyasCSP4能够与多种枣树挥发物结合,推测其可能在枣食芽象甲定位寄主植物的过程中发挥重要作用。本研究的结果对阐明枣食芽象甲嗅觉机制和开展绿色防控研究具有重要意义。     

白蜡窄吉丁气味结合蛋白AplaOBP3的免疫定位及配体结合特性

【目的】本研究旨在解析白蜡窄吉丁Agrilus planipennis气味结合蛋白AplaOBP3在触角中的定位及配体结合特性,同时比较AplaOBP3与已报道的AplaOBP1和AplaOBP2的功能异同。【方法】原核表达白蜡窄吉丁气味结合蛋白AplaOBP3,制备多克隆抗体并进行Western blot检测;采用免疫组织化学技术在白蜡窄吉丁触角感器中对AplaOBP3的表达进行定位;通过荧光竞争结合实验分析AplaOBP3重组蛋白与58种化合物的结合特性,并与前期报道的白蜡窄吉丁AplaOBP1和AplaOBP2蛋白的配体结合特性进行比较。【结果】原核表达系统中成功表达AplaOBP3重组蛋白;免疫定位结果显示AplaOBP3在白蜡窄吉丁触角的锥形感器类型I中表达。荧光竞争结合实验结果表明,重组AplaOBP3蛋白与反-2-己烯醛、苯甲醛、4′-乙基苯乙酮、β-紫罗兰酮和罗勒烯具有强的结合能力,其解离常数KD值分别为6.20,4.03,5.24,1.72和4.83 μmol/L。AplaOBP3与AplaOBP2具有相似的表达及配体结合特性。【结论】白蜡窄吉丁气味结合蛋白AplaOBP3与AplaOBP2具有相似的表达及配体结合特性,它们可能共同参与白蜡窄吉丁的嗅觉感受,在白蜡窄吉丁寄主定位过程中发挥作用。     

中华蜜蜂气味结合蛋白AcerOBP14的表达及配体结合特性分析

【目的】气味结合蛋白(odorant binding proteins, OBPs)在昆虫寄主定位、产卵地选择等行为中发挥着重要作用,明确中华蜜蜂Apis cerana cerana AcerOBP14与配体的结合特性有助于阐明中华蜜蜂嗅觉识别的分子机制。【方法】通过qRT-PCR测定OBP14在20日龄中华蜜蜂成年工蜂、20日龄中华蜜蜂成年雄蜂、中华蜜蜂采粉蜂和意大利蜜蜂Apis mellifera ligustica采粉蜂触角中的表达量。构建原核表达载体pET28a/AcerOBP14,表达并分离纯化重组蛋白AcerOBP14。利用荧光竞争结合实验检测AcerOBP14与37 种气味配体化合物的结合特性。【结果】qRT-PCR分析发现, OBP14在中华蜜蜂采粉蜂触角中的表达量极显著高于20日龄中华蜜蜂成年工蜂和雄蜂以及意大利蜜蜂采粉蜂中的。荧光竞争结合实验表明,AcerOBP14与蜂王信息素、告警信息素、那氏信息素及多种植物挥发物都具有结合能力,其中与β 罗勒烯的结合能力最强,解离常数 Ki=0.297 μmol/L。【结论】AcerOBP14的配体结合谱较宽,暗示其可能参与了中华蜜蜂的多种生理行为反应,且在中华蜜蜂的采粉行为中发挥着重要作用。     

桃蛀螟性信息素结合蛋白Cpun-PBP1的cDNA克隆、表达谱及其与配体化合物的结合特性分析

【目的】为了更好地了解性信息素结合蛋白（pheromone binding proteins, PBPs）在桃蛀螟Conogethes punctiferalis （Guenée）嗅觉识别过程中的作用,明确其与配体化合物的结合特性。【方法】本研究利用RT-PCR结合RACE方法克隆了桃蛀螟一个性信息素结合蛋白基因;采用Real-time PCR方法分析了该蛋白在桃蛀螟不同发育阶段及雌雄蛾间的表达差异;利用荧光竞争结合实验对Cpun-PBP1蛋白与16种配基化合物的结合特性进行了分析。【结果】克隆了一个桃蛀螟性信息素结合蛋白基因,命名为Cpun-PBP 1（GenBank登录号：KP027486）。Cpun-PBP 1开放阅读框全长510 bp,编码 169个氨基酸,预测分子量为19.12 kDa,等电点为5.09,N-末端包括由起始位置开始的30个氨基酸组成的信号肽。蛋白特征分析显示,该氨基酸序列具有昆虫气味结合蛋白的典型特征,即含有6个保守的半胱氨酸残基。Cpun-PBP 1在桃蛀螟成虫阶段表达量最高,且几乎全部在触角中表达,卵期微量表达,幼虫期和蛹期均不表达。通过构建Cpun-PBP 1原核表达载体,诱导并获得Cpun-PBP 1重组蛋白。荧光竞争结合实验对2种性信息素组分和14种寄主植物挥发物的结合力发现,Cpun-PBP1不但能有效地与桃蛀螟性信息素组分（顺-10-十六碳烯醛和十六醛）结合,结合常数分别为7.32和9.39 μmol/L;还能与8种寄主植物挥发物有效结合;其中,与莰烯的结合能力最强,结合常数为3.76 μmol/L。【结论】根据这些结果,我们推测Cpun-PBP1在桃蛀螟感受性信息素和寄主植物挥发物的过程中发挥着双重作用。