噬藻体光合作用基因研究

感染原绿球藻和聚球藻的噬藻体基因组中普遍存在与psbA、psbD和hli等同源的基因,这些基因编码的蛋白参与光合作用,是光合成反应中心II(photosystem II,PSII)的重要组成成分,在噬藻体感染蓝藻过程中可能发挥着重要的作用。一些假说认为这些基因可能来自于宿主并发生共进化。因此,光合作用基因的功能、起源与演变及基因多样性分布引起了人们的关注。     

噬藻体感染相关基因的研究进展

噬藻体是感染蓝细菌(蓝藻)的病毒,能调控蓝细菌种群的丰度和多样性,在许多水生生态系统的食物网动态变化和生物地球化学循环中起关键作用。噬藻体与宿主细胞发生各种相互作用,包括吸附、入侵和复制,参与感染过程,从而完成噬藻体的生命周期。本文在综述噬藻体生命周期与基因组结构相互关联的基础上,重点介绍噬藻体与宿主蓝细菌相互作用的蛋白,如噬藻体吸附蛋白、内肽酶、穿孔素、DNA聚合酶、藻胆体降解蛋白A(NblA)、毒力因子、抗CRISPR蛋白(Acr)和小分子热休克蛋白等,分析它们的分子特性,阐述它们在噬藻体感染蓝细菌以及噬藻体-蓝细菌相互作用的分子机制。为了更好地认识驱动不同噬藻体与宿主及水生环境相互作用的策略、感染效率及生态学影响,本文不仅对这些与噬藻体感染相关的重要基因研究动态进行综述与讨论,还在了解噬藻体丰富的多样性和复杂性的基础上,提出应用新技术对噬藻体感染相关基因的功能进行广泛研究,以期扩展全球水生病毒数据库,进一步认识噬藻体与宿主的相互作用机理。     

水华蓝藻噬藻体对不同条件培养的宿主细胞感染性分析

在从武汉东湖水样中培养分离水华蓝藻噬藻体(Planktothrix agardhii Virus from Lake Donghu,PaV-LD)的基础上,对在不同条件培养的宿主蓝藻细胞中,PaV-LD增殖效率及裂解作用进行了测定分析。分别将PaV-LD接种到生长期、半连续培养更新率或光照不同的宿主蓝藻液中,并采用稀释培养计数(Mostprobable number,MPN)方法与电镜观察,测定子代PaV-LD释放量及宿主细胞的裂解作用。结果显示:对数生长期宿主蓝藻单个细胞中子代PaV-LD的平均释放量为350感染单位(Infectious Units,IU/cell),显著高于稳定生长期的平均释放量110 IU/cell。在用新鲜培养基更新率为0%、35%、50%和65%的半连续培养宿主蓝藻中,接种PaV-LD 5d之后,噬藻体的释放量分别约为50 IU/cell、70 IU/cell、220 IU/cell或310 IU/cell,表明子代PaV-LD释放率随培养基更新率的增加而显著提高。在光照条件下感染3—4d后,宿主蓝藻细胞充分裂解,并释放大量子代PaV-LD,滴度可由初始7.00×103IU/mL快速增加到8.56×107IU/mL;但在遮光条件下,同样感染的蓝藻细胞未见裂解,也检测不到释放的子代噬藻体。电镜观察显示,在光照条件下感染的蓝藻细胞类囊体膜结构消失,而大量子代PaV-LD颗粒主要分布在原有类囊体的部位。显然,宿主蓝藻细胞的培养条件和状态可能对获得噬藻体纯培养有决定性影响。     

噬藻体和蓝藻间的基因转移及协同进化作用

生物物种之间的水平基因转移广泛存在于细菌、古生菌和真核生物中,并能造成同一生境中种群的快速协同进化。噬藻体是感染蓝藻的专一性病毒,近年研究表明其在蓝藻水华生消中发挥了重要作用,使人们认识到了噬藻体的重要生态地位。综述了物种间的水平基因转移,介绍了噬藻体遗传多样性研究中常用的光合作用基因、结构蛋白基因等靶标基因所介导的基因转移以及基因转移引起的病毒和宿主的协同进化,并介绍了研究基因转移所用到的试验技术以及今后所要面临的问题。     

噬藻体生物多样性的研究动态

噬藻体(Cyanophage)是感染原核生物蓝藻(Cyanobacteria)的病毒,广泛分布于各种水生态系统中,对调控初级生产力、蓝藻种群密度及结构演替、微生物间基因转移以及全球生物地理化学循环等方面有重大影响。关注噬藻体的生物多样性,发现其感染相关基因,阐明噬藻体与宿主蓝藻的相互作用,将为藻华控制及认识病毒在复杂水环境中的功能提供重要信息。本文就噬藻体生物多样性,包括生态系统多样性、物种多样性及遗传多样性研究动态做一综述。     

兔出血症病毒中国株衣壳蛋白基因的克隆和序列分析

应用RT-PCR技术,从兔出血症病毒中国分离株WX84中成功扩增出预期大小为1.7kb的特异性条带,将扩增产物提纯后克隆入pGEMR-T载体,经转化、筛选及酶切鉴定后,获得了该株病毒衣壳蛋白基因的克隆,序列分析表明扩增的中国株RHDV衣壳蛋白基因片段长度为1 740bp,共编码580个氨基酸.该核酸序列与其它国家报道的多株RHDV序列相互间同源性高达98.2%～99.0%,其推导的氨基酸序列同源性也达98.3%～99.1%,为极度保守片段.     

猪繁殖与呼吸综合征病毒核衣壳蛋白基因的克隆与原核表达研究

采用RT-PCR方法自猪繁殖与呼吸综合征病毒基因组分离出核衣壳蛋白基因(orf 7),克隆到pMD18-T载体构建成重组质粒pMD18N并进行测序比较,结果表明,所克隆的核衣壳蛋白基因序列与PRRSV美洲型ATCC VR-2332株的同源性为100%,表明orf 7 是PRRSV基因组内很保守的序列;将orf 7亚克隆到原核表达载体pGEX-KG,构建成重组质粒pGEX-KGN,用pGEX-KGN转化表达菌株BL21,经SDS-PAGE和 Western-blot分析表明克隆在谷胱苷肽转移酶(Glutathione S-transferase(GST)下游的核衣壳蛋白基因与GST获得了高效融合表达,表达的融合蛋白GST-N分子量约为41kDa,并且有免疫学反应活性;这为猪繁殖与呼吸综合征的血清学诊断方法的建立打下了基础.     

噬藻体PP对野生宿主——丝状蓝藻的吸附率、裂解周期及释放量的影响

研究在日光光照条件下,以自然水体中存在的丝状蓝藻作为噬藻体PP的野生宿主,用离心法测定了噬藻体PP对野生宿主藻的吸附率,用一步生长曲线法获得了噬藻体PP对野生宿主藻的裂解周期及释放量。结果表明:噬藻体PP对野生宿主藻在60min时能够达到的吸附率为1.79‰,吸附系数为8.09%,噬藻体PP感染野生宿主藻的潜伏期介于45～75min之间,平均释放量为34.32PFU·Cell-1。上述结果一方面说明,噬藻体PP感染野生宿主藻的吸附系数、潜伏期及释放量均远小于以实验室培养的鲍氏织线藻作为宿主所得到的数据;另一方面也说明,噬藻体PP具有较强的吸附和裂解野生宿主的能力,这将有助于解释噬藻体PP在淡水富营养化水体中具有广泛分布的现象。     

感染丝状蓝藻的噬藻体的裂解周期和释放量的测定

近年来 ,随着浮游病毒的认识的深入 ,人们认识到浮游病毒对水体中初级生产力的影响是巨大的[1] ,其主要证据就是发现噬藻体在海洋蓝藻的种群控制上发挥着重要作用[2 ] 。噬藻体的释放量和裂解周期是衡量噬藻体感染力的重要指标 ,很多重要的生态指标如病毒在生态系统中对宿主的致死率、病毒种群得以维持的阈浓度等都需要使用病毒的释放量和裂解周期来加以推算[3,4 ] ,因此准确地测定这两个基本参数是十分重要的。在自然界 ,很多丝状蓝藻 ,如颤藻、鱼腥藻、螺旋藻、席藻等是能够形成水华的 ,其中有些还具有产毒的功能[5] 。丝状蓝藻的形态特征…     

A组轮状病毒SA11VP6基因的克隆和表达

从ＳＡ１１ＶＰ６基因全序列克隆开始,设计一对两端带有酶切位点的引物,逆转录ＰＣＲ扩增出ＶＰ６全基因ＣＤＮＡ。经酶切后插入ＰＵＣ１９,构建了ＶＰ６全基因克隆ＰＲＡ６。再经酶切后插入痘苗病毒载休质凿ＰＪＳＡ１１７５中。利用Ｌｉｐｏｆｅｃｔｉｎ导入ＴＫ１４３细胞,利用ＴＫ基因和Ｌａｃ基因作为重组病毒的筛选标记。表达产物用单克隆抗体ＥＬＩＳＡ法检测,发现细胞培养上清和细胞裂解液都是阳性。Ｗｅｓｔｅｒｎ ｂ     

点状产气单胞菌脯氨酰内肽酶基因的克隆与表达

用活性筛选法从产气单胞菌点状亚种ST7833 (Aeromonas puctata subsp.puctata ST7833)的基因组中克隆了脯氨酰内肽酶 (Prolyl Endopeptidase,简称apPEP)的基因,测定了含有PEP基因的33kb DNA片段的序列,第202092bp编码了690个氨基酸组成的脯氨酰内肽酶,经检索是一种新的PEP基因。并构建了一株组成性高效表达PEP的基因工程菌BL21/pGEMPEP。BL21/pGEMPEP在 YH培养基中apPEP的表达量占菌体总蛋白的30%左右,活力是野生菌的112倍,表达产物主要为可溶性的胞内蛋白,约5%分泌到胞外。非还原SDSPAGE显示为单体,分子量为76kD,与基因序列预测的分子量一致。试管培养后纯化得到了纯度大于90%的重组脯氨酰内肽酶,比活力为67U/mg。     

三角帆蚌热休克蛋白70基因克隆及其表达分析

对三角帆蚌HSP70基因序列进行全长克隆及其分子生物学分析,并检测其在不同水温刺激下鳃组织中的表达变化。通过高通量转录组测序获得三角帆蚌HSP70基因（HcHSP70）长片段,采用3'RACE对其进行了3'末端克隆,经拼接得到HcHSP70 cDNA全长序列。采用多种分子生物学软件对HcHSP70 cDNA全长序列进行了特征分析,采用实时荧光定量PCR技术检测了其组织分布,并结合Western-blot技术检测蚌鳃中该基因mRNA与蛋白经不同水温刺激后的表达变化。结果显示,HcHSP70 cDNA全长为2298 bp,其中开放阅读框为1974 bp,编码657个氨基酸。预测分子量大小为71.6 Ku,pH7.0时的理论等电点为5.61。氨基酸序列分析表明,HcHSP70氨基酸序列含HSP70家族的3个标签序列（I₉DLGTTYS₁₆、I₁₉₇FDLGGGTFDVSIL₂₁₀和I₃₃₆ VLVGGSTRIPKVQK₃₅₀）,与长牡蛎及泥蚶的HSP70同源性最高（91%）。实时荧光定量PCR检测结果显示,HcHSP70在鳃、性腺、肝胰腺、外套膜及肌肉等5种被检组织中均有表达,以肝胰腺中的表达水平最高。实时荧光定量PCR与Western-blot技术检测皆表明,蚌鳃组织中HcHSP70基因与蛋白的表达量在37℃时达到最高,而在40℃水温刺激下表达水平下调至正常值,表明其在适应高温刺激时发挥了重要作用。     

三角帆蚌热休克蛋白60基因克隆及其表达分析

利用3'RACE技术, 对高通量转录组测序所得三角帆蚌HSP60基因（hcHSP60）长片段（2629 bp）进行了3'末端克隆, 经拼接得到hcHSP60 cDNA全长序列。采用多种分子生物学软件对hcHSP60 cDNA全长序列进行了特征分析, 并采用RT-PCR技术检测了其组织分布及经冷热应激后的表达变化。结果显示, hcHSP60 cDNA全长为2807 bp, 其中开放阅读框为1707 bp, 编码568个氨基酸, 预测分子量大小为61.04 ku, pH 7.0时的理论等电点为5.63。序列中不存在信号肽与跨膜结构。氨基酸序列保守性分析表明, hcHSP60氨基酸序列与光滑双脐螺HSP60同源性最高（达82%）, 而与牙鲆、白云金丝鱼HSP60的同源性最低（为75%）。RT-PCR检测结果表明, hcHSP60在肝胰腺中的表达水平最高, 而在血液中的表达水平最低。30℃与35℃水温处理三角帆蚌4h后, 各组织中hcHSP60表达水平明显上升, 表明hcHSP60可能在三角帆蚌耐热应激反应中起着重要作用。       

杀菌/通透性增加蛋白基因的克隆及在CH0细胞中的表达

从一名健康中国人外周血白细胞中克隆出杀菌/通透性增加蛋白(BPI)基因,全长1452bp,编码27个氨基酸的信号肽和456个氨基酸成熟蛋白.序列比较发现,此序列与国外发表的序列有6个核苷酸的差异,编码蛋白有4个氨基酸的差异.构建真核表达质粒,在CHO细胞中实现BPI基因的稳定表达.对重组蛋白初步纯化后进行杀菌实验,结果表明重组蛋白具有与天然蛋白同样的生物活性.     

杀菌通透性增加蛋白基因的克隆及在CHO细胞中的表达

从一名健康中国人外周血白细胞中克隆出杀菌 通透性增加蛋白 (BPI)基因 ,全长1 45 2bp,编码 2 7个氨基酸的信号肽和 45 6个氨基酸成熟蛋白。序列比较发现 ,此序列与国外发表的序列有 6个核苷酸的差异 ,编码蛋白有 4个氨基酸的差异。构建真核表达质粒 ,在CHO细胞中实现BPI基因的稳定表达。对重组蛋白初步纯化后进行杀菌实验 ,结果表明重组蛋白具有与天然蛋白同样的生物活性。     

三角帆蚌短型肽聚糖识别蛋白S3基因克隆及表达分析

肽聚糖识别蛋白（PGRPs）是机体先天免疫系统中的重要模式识别受体,研究对三角帆蚌的一种短型肽聚糖识别蛋白进行了克隆与表达分析。研究采用5、3 RACE技术,对高通量转录组测序所得三角帆蚌PGRPS3基因（hcPGRPS3）片段分别进行了5,3末端克隆,经拼接得到hcPGRPS3 cDNA全长序列。采用多种分子生物学软件对hcPGRPS3 cDNA全长序列进行了特征分析,实时荧光定量（qRT-PCR）检测了其组织分布,及经肽聚糖（Peptidoglycan,PGN）和脂多糖（Lipopolysaccharide,LPS）刺激后其在肝胰腺中的基因表达变化。hcPGRPS3 cDNA全长1438 bp,开放阅读框为858 bp,编码285个氨基酸,预测分子量大小为32.3 ku,pH 7.0时的理论等点为7.98。序列中不存在信号肽与跨膜结构。氨基酸序列保守性分析表明,其他物种短型PGRP中,以夏威夷短尾鱿PGRP4与hcPGRPS3同源性最高（51%）。qRT-PCR检测结果显示,hcPGRPS3在性腺及肝胰腺中表达水平较高。经PGN或LPS刺激后,肝胰腺中hcPGRPS3表达水平显著上调,表明hcPGRPS3可能在机体抗菌免疫反应中发挥重要作用。     

雨生红球藻质体球滴结构蛋白基因的克隆与原核表达

叶绿体或者有色体中的质体球滴结构(Plastoglobules)是多数植物的类胡萝卜素等次生代谢产物积累的场所,但在能大量积累虾青素的雨生红球藻中,这个结构一直没有得到确认。通过透射电子显微镜观察发现雨生红球藻的质体内确切存在plastoglobules结构;并通过RT-PCR结合RACE技术,从雨生红球藻cDNA文库中克隆到了与编码plastoglobules的结构蛋白(Plastoglobulin)具有高度同源性的基因序列全长,称做Hpgp基因;该基因的表达产物称之为雨生红球藻质体球滴蛋白(HPGP;Haematococcus plastoglobules pro-tein);并进一步利用原核表达系统将该编码基因进行原核诱导表达,用His-Tag蛋白分离纯化系统纯化到了目标蛋白,并用该His-Tag融合蛋白为抗原免疫实验兔,制备到了相应的一抗抗体,为下一步对该蛋白的功能阐明以及雨生红球藻的虾青素积累机制研究提供重要的基础。     

大菱鲆组成型热休克蛋白70的全长cDNA克隆及表达分析

根据感染哈维氏弧菌(Vibrio harveyi)的大菱鲆(Scophthalmus maximus)的差减cDNA文库中hsp70EST序列设计引物,用RACE方法首次克隆到长2188bp的大菱鲆HSC70(Heat-shock cognate protein 70)全长cDNA序列,包括1956bp的开放阅读框及5′和3′非翻译区。在预测的651个氨基酸序列中发现了Dnak特征性基序,胞质HSP70特征基序以及四肽简并重复序列。与其他真核生物HSP70家族成员进行同源性比较,发现大菱鲆HSC70与牙鲆(Paralichthys olivaceus)HSC71、虹鳟(Oncorhynchus mykiss)HSC71、人(Homo sapiens)HSC70、家鼠(Mus musculus)HSC70、烟草天蛾(Manduca sexta)HSC70的氨基酸相似性分别是97%,95%,94%,93%,86%,表现出较高的保守性。表达分析显示,hsc70mRNA在大菱鲆正常肝脏、鳃、肠、脾脏、头肾、肾等组织中以不同的水平存在,呈组成型表达;被哈维氏弧菌感染后,大菱鲆肝脏和脾脏组织hsc70mRNA表达水平分别在24h和12h出现上调(2.5-fold和1.6-fold);注射生理盐水组与未注射组之间差异不显著。       

一个新的人类乙酰转移酶基因hNATL的克隆与表达谱研究

从小鼠cDNA序列入手,依据同源分析的电子克隆方法得到一个包含N末端乙酰转移酶结构域的人类新基因hNATL(Human NAT Like)。hNATL的cDNA长1803bp,编码区621bp,Genbank 登陆号AY632082。hNATL编码的蛋白长206个氨基酸残基,包含有N乙酰转移酶结构域。hNATL 基因定位于人染色体17q25．2区,包括6个外显子和5个内含子。基因表达汇编分析结果显示, hNATL在人脑和生殖腺中高表达。Northern杂交显示,在成年小鼠中hNATL在心脏,脾脏和卵巢中出现表达。整体原位杂交的结果显示,hNATL特异表达于E7．5和E8．5的小鼠胚胎脑部和HH10期鸡胚胎的头部。上述结果提示,hNATL对胚胎期脑的发育和成体中重要器官行使正常功能发挥十分重要的作用。