异色瓢虫HSP67B2基因的克隆及诱导表达分析

小分子热激蛋白是一种重要的分子伴侣,可以在环境胁迫下帮助蛋白质折叠和转运。本研究在转录组获得异色瓢虫 Harmonia axyridis HSP67B2基因部分序列的基础上,通过RACE技术克隆得到了 HSP67B2 基因的 cDNA 全长序列（基因登录号：KJ155728）,全长626 bp,其中编码140个氨基酸,3′非翻译区为 81 bp,5′非翻译区为122 bp,软件分析预测显示该基因编码蛋白的分子量为1597 kD,理论等电点为661。采用荧光定量 PCR 技术对异色瓢虫 HSP67B2基因在不同发育阶段、低温诱导条件和饥饿处理下的表达进行了研究,结果表明：HSP67B2 基因在幼虫期的表达量最高;在低温诱导和饥饿处理下,HSP67B2 基因出现上调表达并且表达效率显著提高,表明HSP67B2 基因可以通过调控小分子热激蛋白的合成使异色瓢虫适应环境变化。      

德国小蠊两个海藻糖合成酶基因的克隆、组织分布及温度诱导表达分析

【目的】海藻糖合成酶（trehalose-6-phosphate synthase, TPS）是参与昆虫血糖-海藻糖合成的关键酶。本研究旨在克隆德国小蠊 Blattella germanica TPS基因,研究TPS基因在德国小蠊不同组织中的表达模式及在不同温度处理下的表达情况。【方法】通过RACE技术克隆德国小蠊TPS基因全长序列,利用荧光定量PCR的方法检测TPS基因在德国小蠊5龄幼虫不同组织中的表达模式及在高温(40℃和46℃处理30 min)及低温(0℃和10℃处理1 h)逆境下的表达量变化。【结果】从德国小蠊中克隆获得2个TPS基因,分别命名为 BgTPS1 (GenBank登录号：KR050213) 和 BgTPS2 (GenBank登录号：KR050214)。其中,BgTPS1基因cDNA序列全长2 987 bp,开放阅读框 (ORF) 2 502 bp,编码833个氨基酸;BgTPS2基因cDNA序列全长3 212 bp,开放阅读框2 469 bp,编码822个氨基酸。BgTPS1和BgTPS2基因都主要在5龄幼虫脂肪体中表达,且BgTPS2基因的表达量为BgTPS1基因表达量的3.9倍。在两种不同极端温度诱导下,BgTPS1和BgTPS2基因mRNA均上调表达。其中,BgTPS2 的表达量始终显著高于 BgTPS1。在0℃时,BgTPS1和BgTPS2的表达量最高。【结论】德国小蠊5龄幼虫中存在2个TPS基因。两个TPS基因均在脂肪体中高表达,且BgTPS2基因的表达量显著高于BgTPS1基因;低温和高温诱导下均能促进两个基因的表达量上升。该结果为进一步明确昆虫海藻糖的合成途径及其在昆虫对温度逆境的反应中的作用研究奠定了基础。     

异色瓢虫过氧化氢酶(Catalase)的基因克隆及序列分析

【目的】克隆异色瓢虫Harmonia axyridis保护酶系中过氧化氢酶(Catalase,CAT)的全长cDNA序列,并分析该基因的基本特性。【方法】采用同源克隆和锚定PCR技术,从异色瓢虫中克隆到HaraxCAT基因的cDNA全序列(GenBank登录号KC991026),并采用生物信息学的相关方法进行了分析。【结果】HaraxCAT的cDNA序列全长1 781 bp,其包含110 bp的3′非编码区域和45 bp的5′非编码区域,可读框长1 626 bp,编码541个氨基酸。预测该基因编码蛋白的分子量为61.55 ku,理论等电点为8.33,包含3个糖基化位点,无信号肽序列和跨膜结构。并且该基因包含了一个长达18个氨基酸的潜在的活性位点序列FDRERIPERVVHAKGAGA和血红素配体信号序列RIFSYGDTH。同源比对不同昆虫的CAT蛋白序列,发现昆虫CAT非常保守,HaraxCAT与其他昆虫的同源性高达65%及以上,与赤拟谷盗Tribolium castaneum同源性最高,达75.25%;系统发育分析表明其与鞘翅目赤拟谷盗和白星金花龟Protaetia brevitarsis亲缘关系最近。【结论】获得异色瓢虫catalase基因的cDNA全长序列,证实昆虫CAT蛋白非常保守。     

葱蝇海藻糖-6-磷酸合成酶基因的克隆、序列分析及滞育相关表达

海藻糖-6-磷酸合成酶（trehalose-6-phosphate synthase, TPS）是昆虫海藻糖合成途径中的关键酶之一。本研究通过对葱蝇Delia antiqua海藻糖-6-磷酸合成酶基因的克隆、 序列分析及滞育相关表达的分析, 旨在证明该基因在能源合成以及抵御高温和低温环境方面发挥重要作用, 为进一步弄清葱蝇滞育分子机制提供理论依据。根据葱蝇抑制消减杂交文库中的EST序列信息, 设计特异性引物, 并通过RACE技术克隆了葱蝇海藻糖-6-磷酸合成酶基因全长cDNA, 命名为DaTPS1 （GenBank登录号： JX681124）, 其全长为2 904 bp, 开放阅读框2 448 bp, 编码815个氨基酸, 推测其相对分子质量为91.2 kD, 等电点为5.96。生物信息学分析表明, 该基因编码的氨基酸序列具有两个保守结构域, 与其他物种TPS具有较高的同源性, 其中和黑腹果蝇Drosophila melanogaster亲缘关系最近, 氨基酸序列一致性为92.1%; 其蛋白质三维结构有15条大的α螺旋和11股反向平行的β链折叠。RT-PCR分析表明, DaTPS1在葱蝇非滞育、 夏滞育和冬滞育期蛹中都有表达, 但是非滞育期各时期表达量基本没有变化, 而在夏滞育和冬滞育蛹的滞育前期表达量较高, 滞育保持期表达量较低, 滞育期后期表达量又有所升高。推断在葱蝇蛹夏滞育和冬滞育期前期, TPS1开始催化合成较多的海藻糖以提高滞育期抵御不良环境的能力, 滞育保持期蛹的新陈代谢降低, 所需能量较少, 所以TPS1处于低水平表达状态, 而滞育期结束后, 蛹生长发育逐渐恢复, 所需能量有所增加, TPS1的表达量再次升高。本研究对揭示昆虫TPS在能量代谢通路中的作用及昆虫滞育的分子机理具有一定的科学意义。     

西伯利亚蓼钙调蛋白基因的克隆及其在盐胁迫下的表达

已从西伯利亚蓼叶中cDNA文库中获得的钙调蛋白EST序列,采用cDNA末端快速扩增（RACE）技术克隆了具有完整编码区的钙调蛋白基因的cDNA序列（GenBank登录号GQ988382）,命名为PsCaM。该基因全长615bp,编码区为450bp,编码149个氨基酸,5＇非翻译区为63bp,3＇非翻译区为102bp。同源性分析表明,该蛋白与其他植物钙调蛋白高度保守,氨基酸同源性高达98%。用实时荧光定量PCR研究3%NaHCO3胁迫下西伯利亚蓼基因表达的结果显示,自然条件下,该基因在叶中表达量最高,地下茎次之,茎中最低;盐胁迫下CaM在西伯利亚蓼的地下茎、茎和叶中均有表达,表达模式不同。     

昆虫海藻糖及其合成酶基因的特性与功能研究进展

海藻糖广泛存在于细菌、真菌、昆虫、无脊椎动物和植物等大量生物中。它不仅可以作为昆虫的能量来源,而且在抗逆等方面起着重要作用。海藻糖合成酶(Trehalose-6-phosphate synthase,TPS)是海藻糖合成过程中的一个关键酶。目前细菌、真菌和植物中都已经被发现和克隆,但其不存在于哺乳动物中。海藻糖是昆虫的"血糖",主要通过海藻糖合成酶和海藻糖-6-磷酸脂酶(Trehalose-6-phosphate phosphatase,TPP)在脂肪体中催化合成。TPS基因所编码的蛋白序列一般都包含两个保守的结构域:TPS和TPP,分别对应着酵母中的Ots A和Ots B基因。昆虫海藻糖合成酶的基因表达和酶活性的变化与昆虫的多项生理过程有着密切的关系,海藻糖合成酶有可能成为控制害虫的新靶标。     

沙葱萤叶甲海藻糖合成酶基因GdTPS的克隆及对温度胁迫的响应

【目的】海藻糖合成酶(trealose-6-phosphate synthase,TPS)是海藻糖合成过程中的关键酶之一。本研究旨在克隆沙葱萤叶甲Galeruca daurica海藻糖合成酶基因,分析其对不同温度胁迫的响应,以期进一步揭示沙葱萤叶甲耐温性的分子调控机制。【方法】通过RACE技术克隆沙葱萤叶甲TPS基因的全长cDNA序列,并对该基因进行生物信息学分析;利用实时荧光定量PCR方法检测TPS基因在不同温度下沙葱萤叶甲2龄幼虫中的表达量变化。【结果】克隆获得沙葱萤叶甲TPS基因,将其命名为GdTPS(Gen Bank登录号:KY460114),该基因全长2 706 bp,开放阅读框(ORF)长2 496 bp,编码831个氨基酸;蛋白预测分子量为94.05 kD,等电点为6.82,无信号肽和跨膜结构,包含3个N-糖基化位点。GdTPS有两个保守功能区,与其他昆虫TPS具有较高的同源性,其中与马铃薯甲虫Leptinotarsa decemlineata TPS亲缘关系最近,氨基酸序列一致性为88%。实时荧光定量PCR结果表明,温度低于25℃(对照)时,GdTPS表达量随着温度下降而上升,-10℃时达到最高值;高于25℃时,GdTPS表达量随着温度上升而上升,40℃时达到最高值。【结论】沙葱萤叶甲幼虫通过上调GdTPS的表达来应对高温和低温胁迫,该结果为揭示TPS在昆虫应对温度胁迫过程中作用的分子机制提供了基础。     

籽粒苋中PPDK基因的克隆及表达特性分析

为寻找能提高植物光合效率的基因资源,以高光效植物籽粒苋(Amaranthus hypochondriacus L.)为试材,利用同源克隆和RACE技术克隆了丙酮酸磷酸二激酶(Pyruvate orthophosphate dikinase, PPDK)基因,基因cDNA全长为3 224 bp,其中5′非翻译区为71 bp,阅读框为2 868 bp,3′非翻译区为285 bp,推导的蛋白质为956个氨基酸,分子量约106 kDa。序列分析表明,克隆的基因含有PPDK基因的功能结构域。表达模式分析显示克隆的PPDK基因在绿色组织中特异表达,为PPDK基因的长转录本,初步确定已克隆得到为籽粒苋中的PPDK基因,将其命名为AhPPDK。     

优雅蝈螽水溶性和类膜结合型海藻糖酶编码cDNA的鉴定及其在体内的表达

海藻糖酶是一种二糖水解酶,催化海藻糖转换为葡萄糖,为昆虫包括发育、壳多糖合成及飞翔代谢在内的多种生理过程所必需。尽管某些昆虫的海藻糖酶基因已被鉴定,但优雅蝈螽的海藻糖酶编码序列尚未见报告。本研究采用RACE结合多重PCR技术,分离鉴定优雅蝈螽的水溶性海藻糖酶（GgTre1）和类膜结合型海藻糖酶（GgTre2-like）的全长编码序列（cDNA）,包括携带不同长度3′-非翻译区（3′-UTR）的3个GgTre1 cDNA 亚型（GenBank：No.KY400001-KY400003）和3个GgTre2-like cDNA 亚型（GenBank：No.KY400004-KY400006）。 3个GgTre1 cDNA序列分别为2 107,2 021和1 914 bp,具有相同长度的5′-UTR（33 bp）,但3′-UTR 长度不同,分别为322,248和129 bp。GgTre1-2 cDNA含1 740 bp,编码579 个氨基酸残基组成的多肽链,分子量为67.29 kD;与之不同,根据cDNA演绎的GgTre1-1和GgTre1-3序列较GgTre1-2多4个氨基酸残基,多肽链的分子量为67.88 kD。3个GgTre2-like cDNA（GgTre2-like-1,-2和-3）序列全长分别为2 491,2 460 和2 381 bp。5′-UTR 均为284 bp,3′-UTR 分别为398,367和285 bp。GgTre2-like cDNA开阅读框为1 809 bp,编码602 氨基酸残基组成的多肽链,分子量为67.88 kD。实时定量PCR, 分析GgTre1和GgTre2-like基因在雌、雄个体（各20个）的组织特异性表达。结果显示,GgTre1 在卵巢和附腺表达量最高;GgTre2-like 主要在卵巢表达,在雄性肌肉和马氏管的表达量高于其他组织。上述结果表明,本研究从优雅蝈螽分离到3′-UTR长度不同的3个水溶性和3个类膜结合型海藻糖酶cDNA序列。结果还提示,GgTre1 在各组织的表达差异较大,而GgTre2-like 在各组织的表达相对稳定。不同长度3′-UTR的GgTre1 和 GgTre2-like 亚型的存在,以及不同长度的3′-UTR在翻译过程中的特殊作用,尚待今后研究证实。     

异色瓢虫多巴脱羧酶基因序列及低温诱导表达分析

多巴脱羧酶(dopa decarboxylase,DDC)是把多巴降解成多巴胺的重要酶类,在昆虫行为和发育中具有重要作用。本研究在转录组获得异色瓢虫Harmonia axyridis DDC基因序列的基础上,从ORF两端设计特异性引物进行扩增并测序验证,获得了DDC基因的c DNA的ORF全长序列,其包含1431 bp,编码476个氨基酸,软件分析预测显示该基因编码蛋白的分子量为53.88 k Da,理论等电点为5.80。本实验分为升温、降温、低温储存以及不同发育阶段(包括预蛹,1-3 d蛹,1-3 d 4龄幼虫以及羽化1-3 d成虫)4个处理组,采用荧光定量PCR技术研究异色瓢虫不同处理组DDC基因的表达水平。结果表明:DDC基因在蛹期第1天的表达量最高,在升温诱导条件下表达无差异,降温诱导下表达量上升;黄色雌成虫低温储存条件下基因表达量先显著上升后显著下降,黑色雌成虫表达量无差异,表明DDC基因可以在低温胁迫下高表达促使异色瓢虫适应环境变化。     

两种色型黄粉虫抗冻蛋白cDNA克隆、序列分析与表达分析

产生抗冻蛋白(antifreeze proteins, AFPs)是大多数昆虫抵抗低温的一个重要策略。为给黄粉虫Tenebrio molitotr耐寒机理研究提供参考, 本研究采用RT-PCR、 5′ RACE和3′ RACE法克隆了黄、 黑两种色型黄粉虫幼虫的抗冻蛋白基因Tm-afp, 分析了其基因序列及所编码的氨基酸序列, 并检测了其在这两种色型间的mRNA水平差异。结果表明： 从黄、 黑两种色型黄粉虫幼虫克隆出的Tm-afp cDNA全长分别为579 bp和588 bp, 它们包含一个20 bp的5′端非翻译区、 一个402 bp的开放阅读框和一个变异较大的3′ 端非翻译区, 其碱基序列一致性为95%。由于这两个抗冻蛋白基因编码的蛋白成熟肽存在两个氨基酸差异： 第35位（D→E）和130位（T→S）, 因此将其判定为黄粉虫抗冻蛋白基因Tm-afp的两个异构体, 并分别命名为Tm-afp-1和Tm-afp-2。Tm-afp-1和Tm-afp-2编码的抗冻蛋白异构体（分别为Tm-afp-1和Tm-afp-2 ）信号肽之间有3个氨基酸差异： 第2位（G→A）、 9位（S→T）和27位（Y→N）; 其成熟肽的第一个氨基酸为谷氨酰胺, 含8个高度保守的12 aa短串联重复序列, 每个重复序列的第2位和第8位为半胱氨酸。此外, Tm-afp-1和Tm-afp-2均属富含苏氨酸和半胱氨酸的昆虫抗冻蛋白, 其二级结构均由大量的β-折叠和无规则卷曲组成, 三级结构为8个特殊的右手β-螺旋, 每一圈螺旋由12个氨基酸组成; 在β-螺旋的一个侧面规则排列着由保守XCT形成的β折叠片层。同时, 低温可以诱导黄、 黑两种色型黄粉虫Tm-afp的表达, 但长时间低温诱导下黑色型黄粉虫幼虫的Tm-afp表达量显著高于黄色型黄粉虫幼虫Tm-afp表达量。结果提示, 黄粉虫种内不同色型间, 抗冻蛋白基因Tm-afp可能存在多种异构体, 并且黑色型黄粉虫Tm-afp比黄色型黄粉虫Tm-afp对低温的应答更强烈。这一研究结果为进一步探索黄粉虫的耐寒性机理提供了有益参考。     

莱氏野村菌疏水蛋白基因Nrhyd的克隆及其表达特征分析

运用SMART RACE RT-PCR技术,从虫生真菌莱氏野村菌中克隆出完整的疏水蛋白基因Nrhyd编码区序列,以RT-qPCR技术,对莱氏野村菌Nrhyd基因在不同生长条件下的表达特征进行分析,从mRNA转录水平上探讨了不同培养条件对Nrhyd基因表达的影响。结果表明：Nrhyd基因全长733bp,5′非翻译区132bp,3′非翻译区262bp,开放阅读框（ORF）339bp,编码111个氨基酸,前体蛋白理论分子量10.6kDa,理论等电点为6.19。液体摇瓶培养条件下,Nrhyd基因的表达受抑制呈逐渐降低的趋势。固体培养条件下,Nrhyd基因表达量随着分生孢子的产生而升高,到产孢量达到最大的第8天时,表达量最高,以后随着产孢量的下降,基因的表达量降低。因此推测,Nrhyd基因在莱氏野村菌分生孢子形成过程中起重要作用。与不同真菌疏水蛋白基因的系统进化分析表明,Nrhyd基因与绿僵菌来源的同源基因关系最近。     

家蝇抗菌肽Attacin-2基因的克隆、序列分析和诱导表达

攻击素(attacin)作为昆虫抗菌肽之一, 在昆虫的先天免疫中起着重要作用。本研究通过家蝇Musca domestica EST序列筛选并结合RACE技术克隆了家蝇的Attacin-2基因(Mdatta2) cDNA序列。其全长819 bp, 包含一个726 bp的完整开放阅读框(open reading frame, ORF), 以及42 bp的5′末端非翻译区(5′-UTR)和51 bp的3′末端非翻译区(3′-UTR), 编码241个氨基酸残基, 推导的多肽N端22个氨基酸残基为信号肽序列。同源性分析表明, 其氨基酸序列与嗜凤梨果蝇Drosophila ananassae的Attacin一致性最高(46%)。以邻接法(Neighbor-Joining, NJ)构建的系统关系表明, 家蝇的Attacin-2与其他双翅目昆虫的Attacin起源于共同的祖先, 属于Attain_C超家族。应用实时荧光定量PCR的方法研究家蝇幼虫在受到外源细菌刺激时Mdatta2基因的表达, 结果显示, 在大肠杆菌Escherichia coli和金黄色葡萄球菌Staphylococcus aureus分别刺激后3 h和6 h, 家蝇幼虫Mdatta2表达量出现显著上调。Mdatta2基因在家蝇幼虫体内呈诱导型表达, 表达水平随诱导时间的不同而变化, 提示Mdatta2基因可能在家蝇免疫防御过程中起着重要作用。     

冷胁迫下王百合GPAT基因保守区克隆及表达分析

以王百合为试验材料,通过同源克隆和巢式PCR方法从4℃低温诱导的王百合试管苗中分离得到了王百合GPAT基因的保守区序列,采用DNAman软件和BLASTN对该序列进行分析并分别从蛋白和基因角度分析了GPAT基因在4℃冷诱导情况下的表达情况.结果显示:(1)该保守区长744 bp,推测其编码247个氨基酸,氨基酸序列存在1个高度保守的区域(WIAPSGGRDRP),经过Blast比对分析发现,该保守区序列为LPLAT基因超级家族酶类的催化活性区,此家族多为催化酰基辅酶A(acylCoAs)或者酰基载体蛋白(acylACPs)中的酰基与受体蛋白结合的酰基转移酶类.(2)冷诱导促进GPAT基因的表达,随冷诱导时间延长,基因表达量不断增大,诱导4 h有大量表达,16 h表达量达到最高,16 h之后表达量随着冷诱导时间的延长逐渐下降,72 h时的表达量与0 h处理时基本一致.研究表明,GPAT在百合抵抗冷胁迫的过程中具有重要的作用.     

青虾咽侧体抑制激素基因全长cDNA序列的克隆及表达分析

咽侧体抑制激素(Allatostatin, AST)是一类由几至几十个氨基酸构成的神经肽类激素, 在甲壳动物中刺激下颌器官合成甲基法尼酯, 影响甲壳动物的蜕皮和生殖。然而AST基因在甲壳动物中的克隆和表达却罕见报道。研究克隆了青虾的AST基因全长cDNA序列, 在甲壳动物中使用荧光定量PCR技术检测了AST基因在不同组织中的表达。青虾AST基因cDNA全长2995 bp, 包括242 bp的5′非编码区(UTR), 647 bp的3′UTR, 2106 bp的开放阅读框(ORF)。开放阅读框编码701个氨基酸, 可转录翻译出35个AST多肽, 在C末端都具有相同的Y/FXFGL-amide结构, 属于A型-AST。氨基酸序列比对显示保守氨基酸为Tyr、Ala、Phe、Gly、Leu。蛋白相似度比对显示, AST多肽在无脊椎动物的进化中是相对保守的。系统进化树分析表明, 青虾AST多肽与罗氏沼虾聚在一起, 具有最近的亲缘关系。荧光定量PCR检测显示, AST基因在所有被检测组织中均有表达, 由高到低依次为: 肝胰脏>肠道>精巢>脑>心脏>卵巢。对青虾AST基因全长cDNA序列克隆和表达的研究为更进一步的了解AST多肽在青虾中的重要功能奠定了基础。