差示扫描量热法分析光滑鳖甲抗冻蛋白ApAFP914 TXT基序对抗冻活性的影响

研究光滑鳖甲抗冻蛋白Ap AFP914及其突变体的原核表达及活性,推测TXT基序的突变对昆虫抗冻蛋白抗冻活性的影响。通过定点突变新疆荒漠昆虫光滑鳖甲抗冻蛋白apafp914基因TXT基序的规则位点个数,并亚克隆至p ET32a原核表达载体,转化大肠杆菌,Ni-NTA纯化得到融合蛋白Trx A-Ap AFP914及3种突变体蛋白;利用Swis S-Model服务器预测分析了Ap AFP914蛋白的三维结构;通过差示扫描量热法测定Trx A-Ap AFP914及其突变体的热滞活性。结果显示,4种融合蛋白分子量均在30 k D左右;且突变蛋白Trx A-A19T具有最高的热滞活性,而突变体Trx A-T33F和Trx A-T3345F的热滞活性显著低于未突变的Trx A-914。研究结果表明昆虫抗冻蛋白的TXT基序越规则其具有的热滞活性越高。     

荒漠甲虫光滑鳖甲和小胸鳖甲抗冻蛋白基因及其3'-UTR的序列分析

拟步甲科昆虫光滑鳖甲Anatolica polita Kaszab和小胸鳖甲Microdera punctipennis Kaszab分别是新疆准噶尔盆地荒漠地区的广布种和特有种。它们的生活习性有很大差异,光滑鳖甲白天活动,且活动范围广,而小胸鳖甲喜阴避光夜晚活动,活动范围小,但在两者体内都发现有多拷贝的抗冻蛋白基因,并且抗冻蛋白基因在夏季也有表达。为了比较这两种昆虫的抗冻蛋白序列以及不同时期表达的抗冻蛋白序列的差异情况,本研究分别以光滑鳖甲和小胸鳖甲的过冬和夏季成虫为材料,根据已克隆的抗冻蛋白基因序列设计通用引物,扩增新的抗冻蛋白基因及其3'-非翻译区(3'-UTR)。序列分析结果表明,无论是冬季还是夏季表达的抗冻蛋白在两种昆虫中都具有拟步甲科昆虫抗冻蛋白的特点,即含有不同数量的"TCTXSXXCXXAX"12个氨基酸的重复序列;光滑鳖甲抗冻蛋白基因的变异性大于小胸鳖甲,并且在重复基序的保守位点都有突变现象。小胸鳖甲抗冻蛋白在C末端有较大变异。光滑鳖甲抗冻蛋白基因的3'-UTR区变异较大,而小胸鳖甲抗冻蛋白基因的3'-UTR区几乎没有变异。推测两种昆虫抗冻蛋白及抗冻蛋白基因3'-UTR的变异性可能与抗冻蛋白的表达调控以及昆虫对微环境的适应性有关。     

荒漠昆虫光滑鳖甲的耐寒性季节变化及其生理机制

光滑鳖甲Anatolica polita borealis生活于温差大的新疆荒漠环境, 为探讨其耐寒性及耐寒机制, 本研究测定了其3-9月份成虫在－10℃的耐寒性、过冷却点（SCP）、含水量、甘油含量和血淋巴热滞活性(thermal hysteresis activity, THA)以及冷驯化对增强光滑鳖甲成虫耐寒性的效果, 还测定了光滑鳖甲不同发育阶段幼虫的SCP。结果表明: 光滑鳖甲成虫的耐寒性和SCP具有明显的季节性变化, 3月初SCP为－12.5℃, 7月为－6℃, 9月底为－13.6℃。4℃冷驯化能够提高光滑鳖甲成虫在－10℃的存活率, 未驯化组在40 min的存活率为50%, 而驯化2 h的为70%, 驯化24 h的为90%。虫体含水量在夏季有显著降低, 3月、7月和9月结合水与自由水的比值分别为10.8∶1,2.6∶1和5.4∶1。成虫甘油含量与SCP的回归方程为y=－0.6204x－5.681, R²=0.7714。成虫血淋巴THA与过冷却点的回归方程为y=－5.26x－1.713, R²=0.9049。血淋巴THA比甘油浓度更能影响过冷却点降低的程度。随着幼虫的发育, 其SCP逐渐降低。结果提示, 光滑鳖甲通过提高结合水与自由水的比值、增加抗冻蛋白和甘油的含量使虫体保持较低的SCP, 因而具有较高的耐寒性。     

新疆沙冬青抗冻蛋白的提取分离及其热滞活性测定

抗冻蛋白被发现于低温环境下生存的生物体中,它能够吸附在冰晶表面并改变冰晶的生长形态,对于增加植物的抗低温胁迫能力有重要作用。用纤维素DE-52离子柱层析提取分离出了冬季新疆沙冬青(Ammopiptanthus nanus)叶片中的抗冻蛋白(AFPs)。差示扫描量热法(DSC)测定结果表明,当蛋白浓度为20mg/ml时,抗冻蛋白的热滞活性(THA)为0·46℃。经SDS-PAGE电泳分析,此抗冻蛋白的分子量为119·24kDa。     

荒漠甲虫小胸鳖甲抗冻蛋白的酵母表达及应用

昆虫抗冻蛋白(Antifreeze protein,AFP)的抗冻活性很高,可应用于生物组织和细胞的低温保存。为了在酵母中表达荒漠甲虫小胸鳖甲Microdera punctipennis抗冻蛋白Mp AFP698,并确定其在低温下的保护作用,本文通过构建真核表达载体p PIC9K-Mpafp698,转化巴斯德毕赤酵母GS115,诱导表达小胸鳖甲抗冻蛋白Mp AFP698。利用免疫印迹(Western blotting)分析Mp AFP698蛋白的特异性表达,结果显示Mpafp698基因可整合到酵母基因组中并分泌表达,且酵母自身蛋白很少分泌表达。检测抗冻蛋白的低温保护作用,结果发现,小胸鳖甲抗冻蛋白可显著改善冷冻小鼠肝脏等器官的细胞形态,降低血细胞在4℃的溶血率,提高SF9细胞冻融后的存活率。本研究表明,小胸鳖甲AFP可以在毕赤酵母中分泌表达,便于纯化,有良好的低温保护效果。     

新疆荒漠昆虫光滑鳖甲cDNA文库的构建及功能基因筛选

以过冬后早春的新疆荒漠拟步甲属昆虫光滑鳖甲(Anatolica Polita borealis)成虫为研究材料,应用SMARTTM cDNA Library Construction技术,通过总RNA提取,反转录合成cDNA,定向构建至噬菌体载体λTripEx2,经体外包装构建了光滑鳖甲的cDNA表达文库。测试结果表明库容量为2.2×106,重组率为84.8%。通过对cDNA文库克隆的序列测定和初步生物信息学分析,获得28个光滑鳖甲表达序列标签(ESTs),包括17个EST(60.7%)与NCBI中已注册的已知功能基因相似性较高,另外的11个EST(39.3%)则没有发现与之相似的序列,推测可能是功能未知的新基因。同时,利用PCR扩增文库技术从cDNA文库中克隆获得了光滑鳖甲的抗冻蛋白基因,初步表明光滑鳖甲cDNA表达文库构建的成功,为深入研究新疆荒漠昆虫的抗冻机理及发现新的昆虫功能基因奠定了基础。     

抗冻蛋白活性的差示扫描量热测定及其吸附-抑制机制

用差示扫描量热技术(DSC)测定了从黄粉虫(Tenebrio molitor)幼虫体内提取的抗冻蛋白(AFP)的活性,结果表明AFP活性随其浓度的增加及初始冰晶量的减少而增大,这与AFP对冰晶的吸附-抑制机制相一致。     

一种女贞叶抗冻蛋白的分离纯化

根据抗冻蛋白与冰结合的特性, 利用碎冰从女贞(Ligustrum lucidum)叶提取液中分离出抗冻蛋白。结果表明, 通过碎冰吸附、凝胶过滤和离子交换层析可以获得4个组分的蛋白质, 其中的1个经鉴定具有热滞活性。在蛋白质浓度为5 mg. mL-1时, 它的热滞活性(thermal hysteresis activity, THA)值为0.678°C, 对其进行全波长扫描(200-1 000 nm)发现在975nm处有吸收峰; 该蛋白亲水性氨基酸含量较高。     

一种女贞叶抗冻蛋白的分离纯化

根据抗冻蛋白与冰结合的特性,利用碎冰从女贞(Ligustrum lucidum)叶提取液中分离出抗冻蛋白。结果表明,通过碎冰吸附、凝胶过滤和离子交换层析可以获得4个组分的蛋白质,其中的1个经鉴定具有热滞活性。在蛋白质浓度为5mg.mL-1时,它的热滞活性(thermal hysteresis activity,THA)值为0.678°C,对其进行全波长扫描(200-1000nm)发现在975nm处有吸收峰;该蛋白亲水性氨基酸含量较高。     

新疆准噶尔小胸鳖甲抗冻蛋白基因的克隆和抗冻活性分析

根据GenBank中已发表的昆虫抗冻蛋白基因的保守序列设计引物,利用RT-PCR技术结合3'-RACE扩增的方法,从新疆荒漠昆虫准噶尔小胸鳖甲 Microdera punctipenis dzunarica中获得了长约294 bp不含信号肽的抗冻蛋白cDNA片段,命名为MpAFP5,其全长序列为363 bp(GenBank注册号为：AY821792)。基因测序结果表明, MpAFP5-cDNA片段与加拿大拟步甲Dendroides canadensis AFP 8基因片段、黄粉甲Tenebrio molitor THP 4-9基因片段的核苷酸同源性分别达68.4%和71.8%,氨基酸序列同源性分别达70%和81%。将MpAFP5构建到原核表达载体pGEX4T-1中,重组质粒pGEX4T-1-MpAFP5在大肠杆菌BL21(DE3)中能够表达融合抗冻蛋白,SDS-PAGE分析显示融合蛋白的分子量约为37 kD,Western印迹分析证明MpAFP5在大肠杆菌中正确表达。细菌的抗冻实验结果显示准噶尔小胸鳖甲融合抗冻蛋白对细菌具有显著的抗冻保护作用,保护效果与抗冻蛋白剂量呈正相关性。     

准噶尔小胸鳖甲融合抗冻蛋白活性的比较研究

为了比较准噶尔小胸鳖甲Microdera punctipennis dzhungarica原核表达的不同融合抗冻蛋白活性是否存在差异,分别利用重组表达质粒pGEX-4T-1-Mpafp5和pMAL-p2x-Mpafp5在大肠杆菌Escherichia coli BL21(DE3)中诱导表达融合抗冻蛋白GST-MpAFP5和MBP-MpAFP5,并利用亲和层析纯化蛋白。SDS-PAGE分析结果证明获得了两种高效表达纯化的GST-MpAFP5和MBP-MpAFP5融合蛋白。在浓度为0.5 mg/mL时,两种蛋白的热滞值分别为0.51℃和1.336℃,其溶液冰晶形态均为棱型。抗冻保护实验结果显示： 准噶尔小胸鳖甲两种融合抗冻蛋白均能够显著提高细菌在低温下的存活率,并且MBP-MpAFP5对细菌的保护效果显著高于GST-MpAFP5。研究结果对于准噶尔小胸鳖甲抗冻蛋白的应用具有重要的理论意义。     

光滑鳖甲抗菌肽的原核表达条件优化及其抗菌活性

【目的】本研究旨在探索光滑鳖甲Anatolica polita borealis抗菌肽Ap AMP1015的最佳原核表达条件及其抗菌活性。【方法】利用生物信息学方法对得到的Ap AMP1015基因序列和蛋白结构进行分析,运用原核表达技术表达Trx A-Ap AMP1015融合蛋白,通过Western blot方法鉴定蛋白,并利用亲和层析的方法获得纯化的Trx A-Ap AMP1015融合蛋白,抑菌圈实验验证蛋白抗菌活性。【结果】克隆得到光滑鳖甲抗菌肽基因Ap AMP1015,其开放阅读框长387 bp,编码128个氨基酸,其中包含由19个氨基酸组成的信号肽和75个氨基酸组成的成熟肽。NCBI数据库同源序列比对结果显示该蛋白属Coleoptericin抗菌肽家族。确定了蛋白表达的最佳条件:0.1 mmol/L IPTG 150 r/min 25℃诱导4 h。肠激酶切割后的Ap AMP1015能够有效抑制大肠杆菌Escherichia coli的生长。【结论】克隆得到光滑鳖甲抗菌肽基因Ap AMP1015,获得了其编码蛋白的最优表达条件,研究发现Ap AMP1015能够有效抑制大肠杆菌的生长。本研究为光滑鳖甲抗菌肽Ap AMP1015的应用和进一步研究奠定了基础。     

甲虫抗冻蛋白热滞活性的二维吸附结合模型

甲虫抗冻蛋白是一种具有规则结构的昆虫抗冻蛋白。在相同浓度条件下,甲虫抗冻蛋白比鱼类抗冻蛋白有更高的热滞活性,目前已成为人们重点研究的一类抗冻蛋白。根据甲虫抗冻蛋白的结构特点及其在冰晶表面的吸附模式,应用二维吸附结合模型计算分析了具有6￣11个β-螺旋(β-helix)结构片段的甲虫抗冻蛋白变体分子,得到了它们的热滞活性随溶液浓度变化的规律,特别是热滞活性与甲虫抗冻蛋白的β-螺旋结构片段数的关系。结果显示,抗冻蛋白在冰晶表面的覆盖度是一个影响其热滞活性的重要因素。     

中华齿刺甲抗冻蛋白基因的克隆及温度对其表达的影响

中华齿刺甲Oodescelis chinensis隶属于鞘翅目拟步甲科,仅分布于我国新疆的荒漠和半荒漠地区,为中国特有种,属于少见的耐冻昆虫。目前尚不清楚中华齿刺甲是否含有抗冻蛋白基因。采用TRIzol法提取中华齿刺甲的总RNA,根据同源序列设计引物,RT-PCR扩增,获得了若干中华齿刺甲抗冻蛋白基因的c DNA(Ocafp)。测序结果表明,Ocafp编码的抗冻蛋白(Oc AFP)序列具有拟步甲科昆虫抗冻蛋白的典型结构特征,即含有数量不等的重复单位:TCTXSXXCXXAX(X代表任意氨基酸),但在保守基序TCT中存在多种不同类型的变异,这种较高的序列变异性可能与中华齿刺甲生活在土壤表层,适应环境温度的较大变化有关。实时荧光定量PCR测定Ocafp在不同温度下的相对表达水平,结果显示,-4℃、5℃、42℃都能诱导Ocafp的上调表达;而40℃则抑制Ocafp的表达。实验结果表明,耐冻昆虫中华齿刺甲也含有抗冻蛋白基因,其编码的氨基酸序列的变异性高于已发表的避冻甲虫的抗冻蛋白。中华齿刺甲抗冻蛋白基因的表达不仅受低温诱导,也受42℃高温诱导,提示Oc AFP可能还具有非抗冻功能。     

光滑鳖甲丝氨酸蛋白酶抑制剂基因ApSerpin-FA72的克隆、表达及功能验证

【目的】本研究旨在对光滑鳖甲Anatolica polita borealis丝氨酸蛋白酶抑制剂基因进行克隆及表达分析,以验证光滑鳖甲丝氨酸蛋白酶抑制剂的功能。【方法】利用PCR和cDNA末端快速扩增(rapid amplification of cDNA ends,RACE)技术克隆获得光滑鳖甲丝氨酸蛋白酶抑制剂基因。采用生物信息学方法对该基因及其编码蛋白的基本性质进行预测和分析,同时构建其编码产物的系统进化树;构建光滑鳖甲丝氨酸蛋白酶抑制剂蛋白重组表达载体,表达、纯化蛋白进行功能验证。【结果】获得光滑鳖甲丝氨酸蛋白酶抑制剂基因Ap Serpin-FA72(Gen Bank登录号:MF188125),其基因编码序列长为1 176 bp,编码由391个氨基酸残基组成的多肽,蛋白理论分子量为43.7 k D,理论等电点为5.14,包含一个由21个氨基酸组成的信号肽。As Serpin-FA72属亲水蛋白,分泌到胞外发挥作用,可能具有胁迫应答的功能,与赤拟谷盗Triboloum castaneum Serpin的同源性最高。纯化得到的融合蛋白Trx A-Ap Serpin-FA72大小约为63.7 k D。功能验证表明,重组蛋白Trx A-Ap SerpinFA72对胰蛋白酶及胰凝乳蛋白酶活性均有抑制作用。【结论】光滑鳖甲丝氨酸蛋白酶抑制剂基因的表达产物对胰蛋白酶及胰凝乳蛋白酶活性具有抑制作用,表明其可能对消化类丝氨酸蛋白酶活性起抑制作用,对其功能活性的验证有助于深入研究Ap Serpin-FA72与丝氨酸蛋白酶之间的关系。     

差示扫描量热法直接测定抗冻蛋白质溶液的热滞效应

文献上一直用显微镜观察法等测定抗冻蛋白的热滞效应,其冰晶量是靠观察晶核体积估算得得的,人为性很大,用并示扫描量热法直接测定沙冬青抗冻蛋白质溶液的热滞效应,通过熔融焓和冻结焓值准确地测定了冰晶含有量和热滞温度。同文献比较,沙冬青ＡＦＰ具有极高的抗冻活性,而且开创了一个新的有效的测量抗冻蛋白抗冻活性的途径。     

使用差示扫描量热仪测定抗冻蛋白热滞活性方法的研究

抗冻蛋白因具有独特的抗冻活性而被研究者广泛关注。但是,目前抗冻活性的检测没有一个标准的、统一的检测方法,这严重制约了该方面的研究进展。作者详细研究了采用差示扫描量热仪测定样品热滞活性的方法,并对该方法的稳定性、专一性和精密度进行评价。结果显示,采用差示扫描量热仪测定样品的热滞活性具有较高的稳定性、重复性和精密度。因此,差示扫描量热仪法可以作为一种通用的方法进行抗冻蛋白热滞活性的检测。     

植物抗冻蛋白及抗冻性分子改良

概述了植物抗冻蛋白及其相关基因的研究现状,主要包括植物低温诱导蛋白、具有热滞活性的植物抗冻蛋白及其相关基因的分离、鉴定与表达调控,以及植物抗冻性基因工程研究动态.在此基础上,讨论了该领域研究中的主要问题、发展趋势及近期研究热点.     

昆虫抗冻蛋白基因的克隆与表达研究进展

产生抗冻蛋白(antifreeze protein,AFP)是许多昆虫抵御寒冷的一种重要机制。昆虫抗冻蛋白基因的克隆和表达是研究抗冻蛋白活性和功能的主要途径。文章归纳GenBank所登录的昆虫抗冻蛋白基因及其特点,总结昆虫抗冻蛋白基因的天然表达和基因工程表达方面尚未明确或需要克服的一些问题。目前在GenBank注册的昆虫抗冻蛋白基因约100个,集中于9种昆虫隶属鞘翅目3个科和鳞翅目1个科。昆虫抗冻蛋白基因具有多拷贝和多同种型(isoforms)的特点。昆虫抗冻蛋白的天然表达具有物种间和同种型间的多样性。基因工程表达昆虫抗冻蛋白需要克服表达量低活性不高的问题。对昆虫抗冻蛋白表达规律的研究有助于全面认识其功能。     

昆虫抗冻蛋白的分离纯化及特性分析

昆虫抗冻蛋白具有很高的热滞活性,可保护机体免受结冰引起的伤害。昆虫抗冻蛋白的分离纯化多采用凝胶过滤层析、离子交换层析及HPLC等技术,已用于鱼类抗冻蛋白纯化的冰亲和纯化(IAP)技术也可考虑应用于昆虫抗冻蛋白的分离提纯。昆虫抗冻蛋白具有高活性,规则的一级结构及类似的冰晶结合表面等特性。