家蚕基质金属蛋白酶基因Bm-MMP的克隆、序列分析及表达研究

基质金属蛋白酶（matrix metalloproteinases, MMPs）家族是一类蛋白水解酶, 能够降解基底膜和细胞外基质中大部分蛋白质。为了研究MMPs对家蚕Bombyx mori基本生理功能的影响, 本文利用RACE和RT-PCR方法, 首次从家蚕蛹中克隆了一个MMP基因的全长cDNA, 命名为Bm-MMP。序列分析表明, Bm-MMP的mRNA存在两个选择性剪切变体, 分别命名为Bm-MMP-V1和Bm-MMP-V2。其中Bm-MMP-V1 cDNA全长为2 257 bp, 包含一个1 686 bp的开放阅读框, 编码561个氨基酸, 预测蛋白质分子量约为62.3 kD; Bm-MMP-V2 cDNA全长为2 188 bp。同源性分析表明, Bm-MMP-V1和Bm-MMP-V2的氨基酸序列与蜡螟Galleria mellonella的Gm1-MMP的氨基酸序列同源性最高, 均为88.8%;与黑腹果蝇Drosophila melanogaster的Dm1-MMP的氨基酸序列同源性, 分别为61.2%和64.3%。将Bm-MMP-V1的编码区连接到表达载体pET28a(+)上, 并在大肠杆菌BL21中进行原核表达, SDS-PAGE和Western blot分析结果表明, 带有6×His标签的融合蛋白被成功表达。半定量RT-PCR分析表明, Bm-MMP-V1和Bm-MMP-V2在4龄眠蚕、熟蚕、吐丝后36及48 h、预蛹中的表达量比5龄中食期与化蛹后的表达量高, 推测该基因与家蚕幼虫蜕皮变态有关;LPS诱导5龄3 d的幼虫, 其Bm-MMP-V1和Bm-MMP-V2在血液中的表达量升高, 推测Bm-MMP可能与免疫相关。本研究为进一步研究Bm-MMP在家蚕体内的作用机制奠定了基础。     

一个新的家蚕转录相关锌带蛋白基因的克隆及序列分析

锌带蛋白(zinc ribbon protein )是锌指类蛋白的一种,它的Cys4 Zn(2+)结合位点由3个β₂片层折叠而成,而不是α螺旋结构。锌带结构与锌指结构同为转录因子结合核酸的结构域,锌带蛋白作为转录相关因子在调节基因表达活性等方面具有重要作用。在对家蚕 Bombyx mori蛹cDNA文库测序中,发现一个新的编码家蚕锌带蛋白基因的EST序列（GenBank 登录号DY230964）,以此序列为信息探针检索家蚕EST数据库,通过同源筛选,获得一个新的家蚕锌带蛋白基因cDNA全序列并经RT-PCR检测和克隆、测序验证,结果表明与电子克隆序列完全一致。我们将其命名为 BmZNRD1 (Zinc Ribbon Domain Containing 1)（GenBank登录号DQ432055）。该基因全长为675 bp,由363 bp的开放阅读框序列(ORF)、10 bp的5′端非翻译区序列(5′UTR)和302 bp 的3′端非编码区序列(3′ UTR)组成,其编码的120个氨基酸序列与其他真核生物间具有较高的同源性（达60%左右）,预测分子量为13.54 kD, 等电点为6.8。BmZNRD1编码的氨基酸序列是一种锌带蛋白,推测有2个功能结构域,分别是位于N-端的Cx₂Cx₁₄Cx₂C和C-端的Cx₂Cx₂₄Cx₂C,其中C-端保守氨基酸序列Cx₂Cx₆Yx₃QxRSADEx₂TxFx₂Cx₂C在生物进化中保守性很高,从酵母、果蝇、线虫到两栖类、哺乳类都有发现该结构域的存在,与酵母RNA聚合酶A亚单位9和转录相关蛋白有很高的相似性,推测其具有相同的功能。将BmZNRD1基因cDNA序列与家蚕基因组序列进行比对,结果表明该基因具有3个外显子,2个内含子,外显子/内含子边界符合经典的GT-AG规则。 关键词： 家蚕; 锌带蛋白基因; 电子克隆; 基因克隆; 序列分析     

甘菊BADH基因cDNA的克隆及在盐胁迫下的表达

利用PCR、RT-PCR和PCR-RACE技术,从菊科植物甘菊(Dendranthema lavandulifolium)中克隆到2个甜菜碱醛脱氢酶(betaine aldehyde dehydrogenase,BADH)基因的同源基因,分别命名为DlBADH1和DlBADH2,GenBank登录号分别为DQ011151和DQ011152。DlBADH1的cDNA全长1821 bp,其开放阅读框编码503个氨基酸的蛋白质;DlBADH2全长1918 bp,编码506个氨基酸的蛋白质。两个基因核苷酸序列的同源性为97%,推导的氨基酸序列的同源性为98%。与已发表的其它植物BADH基因氨基酸序列的同源性在64%以上。在推导的氨基酸序列中,均含有醛脱氢酶所具有的高度保守的十肽(VTLELGGKSP)以及与酶功能有关的半胱氨酸残基(C)。在推导的氨基酸序列的系统关系中,甘菊位于其它双子叶植物和单子叶植物之间,与其植物分类的系统关系相吻合。RT-PCR-Southern半定量表达分析表明,甘菊BADH基因家族中存在表达受盐诱导的成员。     

陆地棉SUPERMAN类似锌指蛋白基因的克隆与表达分析

锌指蛋白是生物体内数量最多的转录调控因子,它在动植物的生长发育中都起到十分重要的作用。SUPERMAN类锌指蛋白只含有1个锌指结构。我们根据这类蛋白的保守结构域设计简并引物,通过RT-PCR从棉花中获得了3个这个家族成员的EST,得到1个锌指蛋白基因的全长序列,该基因的编码区长744 bp,编码长248个氨基酸的多肽,其氨基酸序列与GenBank中登录的一个拟南芥RBE蛋白有40%的同源性。此基因被命名为GZFP。它含有保守的锌指结构并在多肽链的C-端具有富含亮氨酸的保守结构域,GZFP含有核定位信号并且没有内含子。GZFP基因在棉花花蕾、子房、花瓣和根中的表达量要高于木质部、韧皮部、叶片、纤维和种子。GZFP基因的表达量很低,在GenBank中没有任何和它同源的EST序列存在。对GZFP 5′侧翼区进行分析发现有数个花粉和根特异表达相关元件,4个与Dof蛋白作用的核心序列,4个与光诱导相关的元件。      

棉铃虫HaKettin1基因的全长cDNA克隆、序列分析和表达谱

【目的】为了克隆棉铃虫Helicoverpa armigera编码肌肉蛋白Kettin基因的全长cDNA序列以及鉴定该基因在棉铃虫发育周期内的表达模式。【方法】利用兼并引物,通过分段RT-PCR和5′-和3′-RACE的方法克隆全长cDNA序列。利用半定量RT-PCR进行表达谱分析。【结果】编码棉铃虫Kettin蛋白的基因HaKettin1全长cDNA序列为13 805 bp,包含一个13 365 bp的开放阅读框,编码4 454个氨基酸,蛋白分子量约为504.3 kD。组织表达结果显示HaKettin1基因在棉铃虫的整个生育周期都有表达,幼虫期的表达尤为显著。【结论】HaKettin1与家蚕的Kettin蛋白具有90％的同源性,表明鳞翅目昆虫的Kettin蛋白之间具有很高的保守性。表达谱结果显示HaKettin1基因在棉铃虫的整个发育过程中都发挥重要作用。     

烟夜蛾组织蛋白酶B酶原基因的克隆、序列分析和原核表达

利用反转录多聚酶链式反应（RT-PCR）技术从烟夜蛾Helicoverpa assulta (Guenée)雌虫卵巢中扩增得到了组织蛋白酶B酶原基因（cathepsin B,CB）cDNA片段,将其克隆至pMD19-T载体。测序结果表明, 该片段长度为1 017 bp,含有组织蛋白酶B酶原基因完整开放阅读框架（ORF）（GenBank登录号：EF154237）。序列分析结果显示：烟夜蛾组织蛋白酶B（HassCB）编码338个氨基酸残基,预测N-末端含有长度为21个氨基酸残基的信号肽序列;去除信号肽序列后,预测成熟蛋白分子量为35.5 kDa,等电点为5.96。氨基酸序列比对结果表明,HassCB与其他昆虫的组织蛋白酶B酶原氨基酸序列有较高的一致性。将去除信号肽序列的HassCB（HassCBa）重组到表达载体pGEX-4T-1中,并转入原核细胞中表达,SDS-PAGE和Western印迹分析表明：该基因能在大肠杆菌BL21中表达,电泳检测到一条大约61 kDa的目的条带,与预测的融合蛋白分子量相符。用该基因制备多克隆抗体并测得该抗体对重组表达的HassCBa的效价为1∶51 200。通过免疫印迹检测证实,此抗体既能识别重组表达的HassCBa,又能识别烟夜蛾卵巢匀浆液中的HassCB。     

青杨脊虎天牛CYP4G2基因片段的克隆、序列分析与表达

根据报道的十几种昆虫CYP4家族基因的氨基酸序列保守区域设计一对引物,利用RT-PCR技术扩增编码青杨脊虎天牛Xylotechus rusticus中肠细胞色素氧化酶CYP4G2蛋白的cDNA片段,构建原核表达载体pET-CYP4G2,将其转化入大肠杆菌Escherichia coli JM109中表达。序列分析结果表明,该基因(CYP4G2,GenBank登录号为EF429250)保守区域阅读框全长387 bp,编码129个氨基酸残基,预测分子量和等电点分别为16.9 kD和5.75;推导的氨基酸序列与已报道的昆虫CYP4家族氨基酸序列一致性较高（63%～86%）,且具有细胞色素氧化酶的典型特征。IPTG诱导后,SDS-PAGE电泳检测到一条22 kD大小的外源蛋白,与预测融合蛋白的分子量大小相应。CO差光谱分析证明重组菌表达了有活性的pET-CYP4G2。     

家蝇细胞凋亡起始酶Caspase-1基因的克隆及在不同虫态的表达

为了研究Caspases家族在昆虫发育变态中的作用,通过RT-PCR扩增并结合RACE技术,克隆得到家蝇Musca domestica Caspase-1基因1条,命名为Mdom-Caspase-1（GenBank中cDNA序列号为EU854472, 氨基酸序列号为ACF71490）。该基因全长1 295 bp,阅读框序列870 bp,共编码289个氨基酸,理论分子量32.83 kDa,等电点8.67。 Mdom-Caspase-1蛋白有5个保守的半胱氨酸位点QACQG, 具有Caspase的典型特征; 整个分子呈现亲水性, 有8个区域共89个氨基酸为亲酯性, 蛋白质二级结构主要由11个α螺旋区、7个β-折叠区、17个β-转角区组成。昆虫间Caspase-1分子具有明显的保守性, Mdom-Caspase-1与黑腹果蝇Drosophila melanogaster、埃及伊蚊Aedes aegypti和致倦库蚊Culex quinquefasciatus的Caspase-1氨基酸序列相似性为65%~77%。RT-PCR半定量分析结果表明, Mdom-Caspase-1基因在家蝇各个虫态中均有表达, 但在卵期、3龄幼虫、预蛹、蛹和羽化5 d的雌虫中的表达量明显高于其他虫态。这些结果提示Caspase-1可能与昆虫发育变态关系密切, 为进一步研究昆虫Caspase-1功能、设计Caspase-1抑制剂提供了分子基础。     

家蚕谷胱甘肽-S-转移酶基因BmGSTz1的克隆、序列分析及组织表达特征

谷胱甘肽-S-转移酶(GSTs)是一个功能广泛的超基因家族, 其中Zeta家族在动物、植物和细菌中均有分布。在哺乳动物中, Zeta GSTs具有马来酰乙酰乙酸异构酶（MAAI）活性, 参与苯丙氨酸/酪氨酸的代谢过程。本研究对家蚕Bombyx mori基因组中预测的GST基因（BmGSTz1）进行了表达序列标签的搜索, 经拼接后获得一条含有3′和5′非翻译区在内的长度为1 239 bp 的cDNA序列, 其3′端含有AATAAA加尾信号。BmGSTz1基因含有4个内含子, 外显子/内含子边界均符合GT-AG 规则。经TA克隆证实, BmGSTz1基因编码区序列全长648 bp, 共编码215个氨基酸。BmGSTz1推定的分子量为24.8 kD, 等电点pI为8.06。BmGSTz1与其他昆虫和哺乳动物GSTz1的氨基酸序列高度保守, 进化分析表明家蚕BmGSTz1与黑腹果蝇Drosophila melanogaster、冈比亚按蚊Anopheles gambiae、意大利蜜蜂Apis mellifera和赤拟谷盗Tribolium castaneum的GSTz1形成1∶1∶1∶1∶1的直系同源关系。RT-PCR和基因芯片数据表明BmGSTz1在家蚕5龄第3天幼虫各组织中都有表达。序列和组织表达特征分析结果提示家蚕BmGSTz1可能具有MAAI活性, 这将为进一步深入研究BmGSTz1基因的功能提供参考。     

中华蜜蜂化学感受蛋白基因Acer-CSP1克隆与表达特征分析

化学感受蛋白(chemosensory proteins, CSPs)是昆虫化学感受系统中重要的组成部分之一。本研究克隆了中华蜜蜂Apis cerana cerana化学感受蛋白基因Acer-CSP1, 其核苷酸全长351 bp （GenBank登录号为FJ157352）, 编码116个氨基酸残基, 预测蛋白分子量为13.85 kD, 等电点为4.89, 且含有4个保守的半胱氨酸残基, 均符合昆虫CSPs的一般特征, 且与意蜂CSP1基因具有99.1%的相似性, 与其他昆虫也有45.3%~68.0%的相似性。利用2^-ΔΔCt法及绝对定量法的real-time PCR技术对Acer-CSP1在中蜂不同器官表达特征进行了研究, 得出的一致结论为Acer-CSP1显著水平地高丰度表达于中华蜜蜂触角, 其次大量表达于头部。由于触角为中华蜜蜂最主要的嗅觉器官, 而头部则具有发达的感觉神经系统和味觉系统, 这也提示Acer-CSP1极有可能参与中华蜜蜂的嗅觉以及其他化学感受功能。     

烟实夜蛾触角化学感受蛋白cDNA的克隆、序列分析及在大肠杆菌中的表达

利用RT-PCR技术扩增了编码烟实夜蛾 Helicoverpa assulta 触角化学感受蛋白（chemosensory protein）的全长cDNA。克隆和测序结果表明,烟实夜蛾化学感受蛋白基因核苷酸序列全长384 bp(GenBank序列号： DQ285667),编码127个氨基酸残基,预测N-末端包含16个氨基酸组成的信号肽序列,因此估测其成熟蛋白分子量为12.97 kD,等电点为5.32。将该基因重组到表达载体pGEX-4T₂中,并转入原核细胞中进行表达。SDS-PAGE和Western印迹分析表明,经IPTG诱导后,烟实夜蛾化学感受蛋白基因能在大肠杆菌BL21中表达,电泳检测到一条约39 kD的外源蛋白,与预测的融合蛋白分子量大小相符。     

Identification,Expression Profiling and Fluorescence-Based Binding Assays of a Chemosensory Protein Gene from the Western Flower Thrips,Frankliniella occidentalis

Using RT-PCR and RACE-PCR strategies, we cloned and identified a new chemosensory protein (FoccCSP) from the Western flower thrips, Frankliniella occidentalis, a species for which no chemosensory protein (CSP) has yet been identified. The FoccCSP gene contains a 387 bp open-reading frame encoding a putative protein of 128 amino acids with a molecular weight of 14.51 kDa and an isoelectric point of 5.41. The deduced amino acid sequence contains a putative signal peptide of 19 amino acid residues at the N-terminus, as well as the typical four—cysteine signature found in other insect CSPs. As FoccCSP is from a different order of insect than other known CSPs, the GenBank FoccCSP homolog showed only 31-50% sequence identity with them. A neighbor-joining tree was constructed and revealed that FoccCSP is in a group with CSPs from Homopteran insects (e.g., AgosCSP4, AgosCSP10, ApisCSP, and NlugCSP9), suggesting that these genes likely developed from a common ancestral gene. The FoccCSP gene expression profile of different tissues and development stages was measured by quantitative real-time PCR. The results of this analysis revealed this gene is predominantly expressed in the antennae and also highly expressed in the first instar nymph, suggesting a function for FoccCSP in olfactory reception and in particular life activities during the first instar nymph stage. We expressed recombinant FoccCSP protein in a prokaryotic expression system and purified FoccCSP protein by affinity chromatography using a Ni-NTA-Sepharose column. Using N-phenyl-1-naphthylamine (1-NPN) as a fluorescent probe in fluorescence-based competitive binding assay, we determined the binding affinities of 19 volatile substances for FoccCSP protein. This analysis revealed that anisic aldehyde, geraniol and methyl salicylate have high binding affinities for FoccCSP, with K_D values of 10.50, 15.35 and 35.24 μM, respectively. Thus, our study indicates that FoccCSP may play an important role in regulating the development of the first instar nymph and mediate F. occidentalis host recognition.     

One evolutionarily selected amino acid variation is sufficient to provide functional specificity in the cold shock protein paralogs of Staphylococcus aureus

Bacterial genomes encode several families of protein paralogs. Discrimination between functional divergence and redundancy among paralogs is challenging due to their sequence conservation. Here, we investigated whether the amino acid differences present in the cold shock protein (CSP) paralogs of Staphylococcus aureus were responsible for functional specificity. Since deletion of cspA reduces the synthesis of staphyloxanthin (STX), we used it as an in vivo reporter of CSP functionality. Complementation of a ΔcspA strain with the different S. aureus CSP variants showed that only CspA could specifically restore STX production by controlling the activity of the stress-associated sigma B factor (σ^B). To determine the amino acid residues responsible for CspA specificity, we created several chimeric CSPs that interchanged the amino acid differences between CspA and CspC, which shared the highest identity. We demonstrated that CspA Pro58 was responsible for the specific control of σ^B activity and its associated phenotypes. Interestingly, CspC gained the biological function of CspA when the E58P substitution was introduced. This study highlights how just one evolutionarily selected amino acid change may be sufficient to modify the specific functionality of CSP paralogs.     

Binding preferential of chickpea cold shock protein during nucleic acid interactions

Cold shock proteins (CSPs) have a widespread occurrence from prokaryotes to eukaryotes including plants. These proteins are known to possess nucleic acid binding properties. CSPs have a single cold shock domain in prokaryotes while N-terminal and C-terminal flanking regions are present in eukaryotic CSPs. The objective of this study was to investigate nucleic acid binding preferential for the chickpea CSP. Full cDNA of chickpea CSP was cloned and sequenced. The sequence was submitted to GenBank (accession no. KM036036) at NCBI. Multiple sequence alignment and phylogenetic analysis further revealed that the inferred amino acid sequence belongs to CSP family. Molecular docking was performed between the CSP and variety of nucleic acids entities. These results suggest that CSPs of chickpea possess preferential binding affinity for single stranded nucleic acids. Docking results suggest that homo-polymer entities of RNA polyU RNA (20mer) form most stable complex.     

斜纹夜蛾普通气味结合蛋白GOBP1基因的表达定位分析

气味调控斜纹夜蛾Spodoptera litura（鳞翅目,夜蛾科）的交配和产卵行为,而嗅觉气味结合蛋白（OBP）是昆虫与外界环境进行化学信息交流中的一种重要蛋白。本研究基于已报道的斜纹夜蛾普通气味结合蛋白GOBP1基因cDNA序列（GenBank登录号为EF159978）设计引物,通过RT-PCR法分析了GOBP1 mRNA的组织特异性表达情况,并对GOBP1基因条带进行了克隆、测序和Blast比对。此外,再通过RNA原位杂交的方法进一步分析了GOBP1 mRNA在触角中的表达定位。结果表明:GOBP1只在斜纹夜蛾的触角组织中表达,而且GOBP1转录本较多分布于靠近嗅觉感受器即触角边缘部位。这些结果进一步说明GOBP1是斜纹夜蛾嗅觉过程中的重要蛋白,同时为深入研究GOBP1与其他蛋白的相互空间定位关系、GOBP1的功能等奠定了基础。