Molecular cloning, prokaryotic expression and expression at different developmental stages of cathepsin B gene in mealybug Phenacoccus solenopsis Tinsley ( Hemiptera: Pseudococcidae)

昆虫组织蛋白酶B在昆虫代谢过程中发挥重要作用.本研究利用RACE技术克隆了扶桑绵粉蚧Phenacoccus solenopsis Tinsley组织蛋白酶B基因的开放阅读框(ORF)序列,命名为PsCb(GenBank登录号:JQ727999).生物信息学分析表明,该基因的开放阅读框包含927 bp的片段,编码308个氨基酸.多序列比对表明,该基因编码的蛋白在N端变异较大,在C端保守性高.组织蛋白酶B基因的系统进化树结果表明扶桑绵粉蚧组织蛋白酶独自成为一支.原核表达电泳检测到一条大约35 kDa的目的条带,与预测的蛋白分子量相符.组织蛋白酶B基因在扶桑绵粉蚧各个虫态均有表达,卵期表达量相对较低,2龄若虫期达到最高峰,然后下降.本研究为进一步研究该基因的功能并开发出组织蛋白酶抑制剂,从而研制出扶桑绵粉蚧杀卵剂和胚胎发育抑制剂等提供理论依据.     

棉花粉蚧化学感受蛋白基因PsCSP10的克隆及表达谱分析

本研究克隆出了棉花粉蚧Phenacoccus solenopsis Tinsley化学感受蛋白(CSPs)基因Ps CSP10的全长c DNA(Gen Bank登录号:KT958555),其核苷酸序列长640 bp,编码128个氨基酸,预测其成熟蛋白分子量14.99 k D,等电点6.61,且含有4个保守的半胱氨酸,符合昆虫CSPs的典型特征。该基因编码的氨基酸序列和其他昆虫化学感受蛋白基因编码的氨基酸序列相似性为50%-56%。应用Real-time PCR测定的结果表明棉花粉蚧各发育阶段中Ps CSP10均有表达,但在雄成虫中的相对表达量显著高于其他发育阶段。在分别用扶桑Hibiscus rosa-sinensis L.、棉花Gossypium hirsutum L.、马缨丹Lantana camara L.饲养获得的雄成虫中Ps CSP10相对表达量不存在差异。研究结果为进一步明确棉花粉蚧中Ps CSP10的功能奠定了基础。     

温度胁迫下棉花粉蚧热激蛋白基因的表达分析

【目的】为了研究热激蛋白 Hsp70, Hsp70-4和Hsp90在棉花粉蚧Phenacoccus solenopsis抵抗逆温中的作用。【方法】在测序棉花粉蚧转录组的基础上,分析了该虫热激蛋白Hsp70基因家族的2个序列［Pshsp70（GenBank登录号为KJ909505）和Pshsp70-4（GenBank登录号为KJ909506）］和Hsp90基因家族的1个序列,［Pshsp90(GenBank登录号为KJ909507)］,采用实时荧光定量 PCR（RT-qPCR）检测了在不同温度（18和32℃恒温, 37, 39, 41, 43和45℃热激1 h 后26℃恢复1 h)下棉花粉蚧不同发育阶段（2龄若虫、3龄若虫、雌成虫）3种热激蛋白基因的表达量。【结果】Pshsp70 cDNA序列包含1 923 bp的开放阅读框,编码641个氨基酸,理论分子量和等电点分别为70.9 kDa和5.65; Pshsp70-4 cDNA序列包含1 962 bp的开放阅读框,编码654个氨基酸,理论分子量和等电点分别为71.8 kDa和5.38;Pshsp90 cDNA序列包含2 172 bp的开放阅读框,编码724个氨基酸,理论分子量和等电点分别为83.5 kDa和4.93。Pshsp70 和Pshsp70-4均含有Hsp70基因家族高度保守的基序,Pshsp70编码的氨基酸序列与烟粉虱Bemisia tabaci和家蚕Bombyx mori等昆虫的Hsp70 的氨基酸序列一致性为 85%;Pshsp70-4编码的氨基酸序列与白蜡蚧Ericerus pela和点蜂缘蝽Riptortus pedestris等昆虫的Hsp70的氨基酸序列一致性高达95%;Pshsp90也含有Hsp90基因家族高度保守的基序,Pshsp90编码的氨基酸序列与赤拟谷盗Tribolium castaneum和东亚小花蝽Orius sauteri等昆虫的Hsp90 的氨基酸序列一致性为 87%。热激蛋白基因表达量分析结果表明,在18℃恒温条件下,粉蚧2龄若虫的3个PsHsps基因的mRNA相对表达量均比对照(26℃)低,在32℃恒温条件下,各龄期的Hsp70基因的相对表达量均显著高于对照。在37~45℃下热激1 h并在26℃下恢复1 h,棉花粉蚧3个龄期的3个热激蛋白PsHsps基因的相对表达量随温度的升高总体呈增加趋势,相关性分析表明,除Pshsp70-4在雌成虫中的表达量与热胁迫温度的相关系数为0.225外,各龄期中3个基因的表达量与温度的相关系数均大于0.6,显著相关;43℃和45℃胁迫下,各龄期的3个热激蛋白基因相对表达量均显著高于对照组（P<0.05）。【结论】棉花粉蚧热激蛋白基因的表达与温度呈正相关,在该虫应对高温中起着重要作用。     

烟夜蛾性信息素结合蛋白2(PBP2)基因的克隆、序列分析与时空表达

性信息素结合蛋白（pheromone binding proteins, PBPs）在昆虫雌雄间信息交流中起着重要作用。 本研究利用RT-PCR和RACE方法, 从烟夜蛾Helicoverpa assulta (Guenée)雄虫触角中克隆了性信息素结合蛋白2基因的开放阅读框及3′末端序列, 该基因被命名为HassPBP2(GenBank登录号为EU316186)。克隆和测序结果表明, HassPBP2开放阅读框全长450 bp, 编码149个氨基酸残基, 推测编码蛋白的分子量为16.9 kD, 等电点为5.56。HassPBP2基因结构分析表明, 该基因由3个外显子和2个内含子组成, 内含子的长度分别为90和261 bp。氨基酸序列联配分析表明, 此序列具有气味结合蛋白的典型特征, 与其他鳞翅目昆虫PBPs的一致性在34%~91%之间, 其中与棉铃虫Helicoverpa armigera PBP2和烟芽夜蛾Heliothis virescens PBP2的序列一致性高达91%。时间表达和组织表达分析显示, HassPBP2在卵期、幼虫期和蛹早期不表达, 在蛹中期开始表达, 并一直持续到成虫中期, 且只在雌、雄成虫触角中表达。     

西方蜜蜂Lozenge基因的克隆鉴定及时空表达分析

Lozenge蛋白（Lz蛋白）是昆虫的重要转录因子,在昆虫胚胎发育过程中发挥重要作用。为研究Lozenge在西方蜜蜂Apis mellifera中的作用,本研究克隆了Lozenge基因,并对其进行生物信息学分析,同时基于荧光定量PCR技术检测该基因在西方蜜蜂不同发育时期（卵期、幼虫期、蛹期和成年蜂）和10日龄哺育蜂各组织的表达谱。生物信息学分析结果显示,Lozenge基因的开放阅读框（ORF）为1 554 bp,共编码517个氨基酸,预测分子量为54.63918 kDa,等电点为6.08;结构域预测分析发现Lozenge蛋白含有一个Runt结构域,多物种蛋白序列对比发现该蛋白同源性高。时期表达谱表明,该基因在第1日卵和第2日卵的表达量远高于其他时期,在卵期表达量随时间依次递减,幼虫期表达量极低,蛹期表达量呈先增后减的趋势,而成年蜂中均有表达;组织表达谱显示,该基因在哺育蜂头部、上颚腺中的表达量较高,而在腹部的表达量低。这些结果表明,Lozenge基因可能在西方蜜蜂胚胎期细胞发育过程、哺育蜂蜂王浆合成和分泌过程中发挥重要作用,这些结果为该基因功能的深入研究提供了重要的理论参考。     

家蝇半胱氨酸蛋白酶抑制剂基因MdCPI的克隆、表达及活性检测

半胱氨酸蛋白酶抑制剂是具有抑制半胱氨酸蛋白酶活性的一类蛋白超家族。本研究根据EST序列信息,通过RACE技术克隆得到1条家蝇Musca domestica半胱氨酸蛋白酶抑制剂基因MdCPI,该基因含有1个357 bp开放阅读框,编码118个氨基酸残基,推导的多肽N端17个氨基酸残基为信号肽序列。同源分析表明,MdCPI 氨基酸序列与红尾肉蝇Sarcophaga crassipalpis的CPI相似性最高（identity=51%）。以邻接法（NJ）构建的系统树表明,家蝇与其他双翅目昆虫CPI起源于共同的祖先,属于I25A型蛋白家族。为了解家蝇CPI对半胱氨酸蛋白酶的抑制活性,构建pET-17b-MdCPI表达载体,并转入大肠杆菌Escherichia coli BL21（DE3）进行重组表达。研究发现1 μg重组家蝇CPI能够抑制约14 μg木瓜蛋白酶的水解活性。结果表明MdCPI确属CPI家族,可能同其他家族成员具有相似的功能,参与免疫及生理调控。这些结果为研究MdCPI在家蝇体内作用机制奠定了基础。     

绵羊CAST基因2型和4型转录本的克隆及特性分析

钙蛋白酶抑制蛋白(Calpastatin, CAST)是一种内源性的需要Ca²⁺激活的钙蛋白酶抑制剂, 在肌肉组织的蛋白质降解过程中起重要的调节作用。文章利用牛^CAST基因的mRNA序列, 通过逆转录RT-PCR首次克隆获得绵羊CAST基因2型转录本和4型转录本的部分cDNA序列, 并对序列进行生物信息学分析。CAST基因2型转录本的扩增片段为4 385 bp, 完整的开放阅读框为2 361 bp, 编码786个氨基酸; CAST基因4型转录本的扩增片段为1 467 bp, 完整的开放阅读框为1 317 bp, 编码438个氨基酸。CASTⅡ型蛋白序列存在4个保守结构域, CASTⅣ型蛋白序列存在3个保守结构域; 两者的二级结构均以螺旋为主, 富含疏水区域, 其氨基酸序列存在多个磷酸化位点以及蛋白激酶C(Protein kinase C, PKC)的磷酸化位点。通过RT-PCR分析CAST基因2型转录本和4型转录本的组织表达谱, 结果表明CAST基因2型转录本在所检测的10个组织中均表达, CAST基因4型转录本仅在睾丸组织中表达。     

草地贪夜蛾组织蛋白酶B的基因克隆、序列分析、三维结构预测及其分子对接模拟

昆虫组织蛋白酶B(Cathepsin B)在昆虫发育和代谢过程中发挥重要作用。本研究首先克隆了草地贪夜蛾Spodoptera frugiperda(J.E.Smmith)的组织蛋白酶B基因Cathepsin B(SCB),获得其开放阅读框(ORF)序列(Gen Bank登录号:HQ110064)。生物信息学分析表明,该基因的开放阅读框包含1 026 bp的片段,编码341个氨基酸,预测N-末端含有长度为20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35.6 k D,等电点为6.59。氨基酸序列与15种物种Cathepsin B比较有51.2%-96.2%的一致性,与甜菜夜蛾Spodoptera exigua(Hiibner)相似度最高,达96.2%。利用同源建模预测SCB的三维结构,经动力学的优化,SCB折叠成紧密而稳定的球状结构,含6个对结构有稳定作用的二硫键,亲水性氨基酸主要包被在蛋白表面。同时分子对接模拟结果表明,SCB结合口袋比较浅,形状不规则,袋口较宽。ARG19、VAL23和ASN24为活性位点关键氨基酸残基,抑制剂CA与SCB活性位点3个关键氨基酸残基有较强的相互作用,且均主要表现为静电相互作用能,其中VAL23、ASN24与CA形成氢键。以期为进一步运用生物实验手段研究Cathepsin B的结构和功能,设计和开发昆虫组织蛋白酶类抑制剂类杀虫剂奠定基础。     

苜蓿夜蛾丝氨酸蛋白酶基因cDNA序列的克隆与原核表达研究

【目的】丝氨酸蛋白酶(Serine protease,SP)是以丝氨酸为活性中心的重要的蛋白水解酶。在昆虫中,丝氨酸蛋白酶参与消化、发育、先天免疫反应和组织重建等重要的生理过程。本试验以苜蓿夜蛾Heliothis viriplaca为材料,克隆其丝氨酸蛋白酶基因的cDNA序列,再对该基因进行原核表达并对表达产物进行活性测定研究。【方法】从苜蓿夜蛾中肠中提取总RNA,通过RT-PCR和RACE技术,扩增获得丝氨酸蛋白酶基因cDNA全长序列,用大肠杆菌E.coli表达系统进行表达;再对表达的重组蛋白进行变性、纯化与复性,并以BTEE为底物进行活性测定。【结果】克隆得到的苜蓿夜蛾中肠丝氨酸蛋白酶基因命名为Hv SP,该基因已登录Gen Bank,登录号为KT907053。该基因全长1 017 bp,开放阅读框为886 bp,编码295个氨基酸,分子量约为30.8 ku,等电点为8.27,推导的氨基酸序列与其他昆虫丝氨酸蛋白酶氨基酸序列相似性在46%~92%之间。在Tris-HCl缓冲液中,p H为8.5时,复性的重组蛋白活性最高,为28.7 U/m L。荧光定量PCR结果表明,Hv SP基因的m RNA在苜蓿夜蛾的多个组织中特异性表达,且在中肠中表达量最高,但在唾腺中未检测到Hv SP的m RNA表达。【结论】该研究克隆了一个新的苜蓿夜蛾丝氨酸蛋白酶基因的cDNA序列,且原核表达后的重组蛋白经过变性、纯化及复性后具有活性,为进一步探索丝氨酸蛋白酶在昆虫体内的生理生化功能奠定了基础。     

棉铃虫HaTO-like基因的克隆、序列分析和表达特征

【目的】克隆和分析了棉铃虫Helicoverpa armigera HaTO-like基因的编码框序列,检测了该基因的时空表达谱以及在棉铃虫感染核型多角体病毒HaSNPV后的转录变化,为深入研究该基因的功能提供理论依据。【方法】本研究利用RT-PCR的方法首次克隆获得HaTO-like基因的全长cDNA序列,通过几种生物信息学软件对该基因的核苷酸序列和氨基酸序列进行了分析,并利用荧光定量PCR技术检测了该基因在棉铃虫不同发育阶段、幼虫组织和成虫组织的表达情况,以及HaSNPV感染对HaTO-like基因表达的影响。【结果】棉铃虫HaTO-like基因cDNA全长为994 bp,开放阅读框为756 bp,编码251个氨基酸,其蛋白序列的N端含有23个氨基酸的信号肽。进一步的序列分析表明棉铃虫HaTO-like与其他昆虫同源蛋白的氨基酸序列一致性不是太高,大概在39%~61%之间,其中与家蚕和脐橙螟在系统进化上关系最近。荧光定量PCR结果表明该基因在棉铃虫的5龄0 h和成虫第1天的的表达量相对较高,在幼虫的头部和表皮内的表达量较其他幼虫组织较高,在成虫的头部和足的表达量也相对较高。而病毒感染则显著地诱导了该基因在棉铃虫幼虫头部和表皮内的表达。【讨论】本研究克隆了棉铃虫HaTO-like基因的全长cDNA序列,分析了该基因的序列特征和表达谱,为进一步阐释该基因的功能奠定理论基础。     

Identification and expression analysis of two fungal cDNAs regulated by ectomycorrhiza and fruit body formation

Ectomycorrhiza formation is a complex developmental process that is still not well understood. To study this process, we identified genetic markers for mycorrhiza development by differential screening of a cDNA library obtained from fully developed Picea abies – Amanita muscaria mycorrhizas. Twenty-three cDNA clones were identified that showed significantly altered gene expression during the ectomycorrhizal interaction. A detailed analysis was performed for two fungal cDNA clones, SC13 and SC25, exhibiting the most pronounced differences. SC13 encodes a protein of 184 amino acid residues that shows no homology with any sequence in databases. It was highly expressed in non-mycorrhizal hyphae, whereas its expression was decreased at least 50-fold in mycorrhizas and fruit bodies. SC25 encodes a protein of 198 residues that shows weak sequence homology with extensin-like plant proteins. The expression of this gene was weak in non-mycorrhizal hyphae but approx. 30-fold higher in mycorrhizas and fruit bodies. Because the expression of both developmentally regulated fungal genes was identical for mycorrhizas and fruit bodies, a common regulation mechanism for both developmental processes is proposed.     

Gene expression and protein length influence codon usage and rates of sequence evolution in Populus tremula

Codon bias is generally thought to be determined by a balance between mutation, genetic drift, and natural selection on translational efficiency. However, natural selection on codon usage is considered to be a weak evolutionary force and selection on codon usage is expected to be strongest in species with large effective population sizes. In this paper, I study associations between codon usage, gene expression, and molecular evolution at synonymous and nonsynonymous sites in the long-lived, woody perennial plant Populus tremula (Salicaceae). Using expression data for 558 genes derived from expressed sequence tags (EST) libraries from 19 different tissues and developmental stages, I study how gene expression levels within single tissues as well as across tissues affect codon usage and rates sequence evolution at synonymous and nonsynonymous sites. I show that gene expression have direct effects on both codon usage and the level of selective constraint of proteins in P. tremula, although in different ways. Codon usage genes is primarily determined by how highly expressed a genes is, whereas rates of sequence evolution are primarily determined by how widely expressed genes are. In addition to the effects of gene expression, protein length appear to be an important factor influencing virtually all aspects of molecular evolution in P. tremula.     

Gene expression profiling of human diseases by serial analysis of gene expression

Until recently, the approach to understanding the molecular basis of complex syndromes such as cancer, coronary artery disease, and diabetes was to study the behavior of individual genes. However, it is generally recognized that expression of a number of genes is coordinated both spatially and temporally and that this coordination changes during the development and progression of diseases. Newly developed functional genomic approaches, such as serial analysis of gene expression (SAGE) and DNA microarrays have enabled researchers to determine the expression pattern of thousands of genes simultaneously. One attractive feature of SAGE compared to microarrays is its ability to quantify gene expression without prior sequence information or information about genes that are thought to be expressed. SAGE has been successfully applied to the gene expression profiling of a number of human diseases. In this review, we will first discuss SAGE technique and contrast it to microarray. We will then highlight new biological insights that have emerged from its application to the study of human diseases.     

Pharmacological characterization of a β‐adrenergic‐like octopamine receptor in Plutella xylostella

The β‐adrenergic‐like octopamine receptor (OA2B2) belongs to the class of G‐protein coupled receptors. It regulates important physiological functions in insects, thus is potentially a good target for insecticides. In this study, the putative open reading frame sequence of the Pxoa2b2 gene in Plutella xylostella was cloned. Orthologous sequence alignment, phylogenetic tree analysis, and protein sequence analysis all showed that the cloned receptor belongs to the OA2B2 protein family. PxOA2B2 was transiently expressed in HEK‐293 cells. It was found that PxOA2B2 could be activated by both octopamine and tyramine, resulting in increased intracellular cyclic AMP (cAMP) levels, whereas dopamine and serotonin were not effective in eliciting cAMP production. Further studies with series of PxOA2B2 agonists and antagonists showed that all four tested agonists (e.g., naphazoline, clonidine, 2‐phenylethylamine, and amitraz) could activate the PxOA2B2 receptor, and two of tested antagonists (e.g., phentolamine and mianserin) had significant antagonistic effects. However, antagonist of yohimbine had no effects. Quantitative real‐time polymerase chain reaction analysis showed that Pxoa2b2 gene was expressed in all developmental stages of P. xylostella and that the highest expression occurred in male adults. Further analysis with fourth‐instar P. xylostella larvae showed that the Pxoa2b2 gene was mainly expressed in Malpighian tubule, epidermal, and head tissues. This study provides both a pharmacological characterization and the gene expression patterns of the OA2B2 in P. xylostella, facilitating further research for insecticides using PxOA2B2 as a target.     

管氏肿腿蜂毒液过敏原3基因的克隆及表达分析

为研究管氏肿腿蜂Scleroderma guani毒液过敏原3基因SgA3的功能,通过RT-PCR克隆SgA3基因,采用荧光定量PCR分析其在不同发育阶段和组织中的表达特征,并利用载体pSUMO-Mut对其进行原核表达。克隆获得SgA3基因开放阅读框长699 bp,编码233个氨基酸,其中信号肽位于N端第1~23位氨基酸。多序列比对分析发现,SgA3与丽蝇蛹集金小蜂Nasonia vitripennis、粉蝶盘绒茧蜂Cotesia glomerata、红火蚁Solenopsis invicta和常见黄胡蜂Vespula vulgaris过敏原3的氨基酸序列一致性分别为50.44%、50%、48.89%和47.83%。荧光定量PCR结果表明,SgA3基因在雌成虫中高表达,且在毒液器官中的表达量显著高于雌成虫其他组织和雄成虫中的表达量。利用pSUMO-Mut表达载体,成功表达并纯化得到高纯度的SgA3重组蛋白。该研究结果为进一步研究SgA3基因的功能奠定了基础。     

Developmental expression of amphioxus GABA<Subscript>A</Subscript> receptor-associated protein-like 2 gene

A full-length amphioxus -aminobutyric acid type-A receptor-associated protein-like 2 (GABARAPL2) cDNA was isolated. Its sequence and developmental expression are first described in this paper. The phylogenetic analysis shows that the amphioxus GABARAPL2 and GABARAPL2 in vertebrates are highly homologous. The results of in situ hybridization show that the amphioxus GABARAPL2 gene is expressed in the neural tube, neurenteric canal, notochord, muscle and developing alimentary canal.Edited by P. SimpsonKailong Liang and Yushuang Lin contributed equally to the study     

飞蝗发育相关基因Omb的克隆、原核表达及时空表达分析

【目的】本研究克隆飞蝗Locusta migratoria发育相关的optomotor-blind(Omb)基因,并对其进行序列和表达分析,旨在更好地了解Omb基因在飞蝗翅发育中的作用及为进一步蝗灾的治理和防治提供新的理论依据。【方法】利用RT-RCR扩增飞蝗Omb基因cDNA序列,采用生物信息学软件分析该基因的核苷酸和氨基酸序列,利用MEGA 6. 0构建昆虫纲分子系统进化树;构建重组表达载体pET-30a/LmOmb,转化到大肠杆菌Escherichia coli BL21(DE3)中,SDS-PAGE及Western blot鉴定重组表达蛋白;基于qPCR技术分析Omb基因在飞蝗不同发育时期及成虫不同组织中的表达谱。【结果】克隆获得飞蝗Omb基因部分cDNA序列,命名为LmOmb(GenBank登录号:MG867658),其长792 bp,编码264个氨基酸,在第37-219位氨基酸之间存在一个T-box superfamily保守结构域。同源序列比对分析表明Lm Omb与褐飞虱Nilaparvata lugens Nl Omb氨基酸序列一致性为93%。在IPTG诱导下目标蛋白以6×His标签融合蛋白的形式在宿主菌中得到稳定表达。荧光定量PCR结果显示LmOmb基因在飞蝗不同发育时期均有表达,其中胚胎期的表达量最高,进入若虫期后表达量下降,且各龄若虫之间表达量相对平稳。Lm Omb基因在雌性和雄性成虫的胸部、足、腹部和翅中都有表达,且雌性和雄性之间表达量明显不同。【结论】LmOmb基因可能参与了飞蝗的胚胎发育。研究结果为进一步研究飞蝗LmOmb的功能提供了依据。