昆虫抗冻蛋白的研究进展

抗冻蛋白是具有热滞效应,能结合并抑制新的冰晶生长,能抑制冰的重结晶的一类蛋白质。近几年来,昆虫抗冻蛋白的研究取得了较快的发展,本文就昆虫抗冻蛋白的结构,活性的调控,功能与应用做一综述。     

昆虫抗冻蛋白的研究进展

热滞效应(Tberm Hysteresis Action)最早在昆虫研究中发现,后来研究表明,它是抗冻蛋白(Antifreeze Proteins,AFPs)的一种基本性质。和鱼类,植物AFPs相比,昆虫AFPs具有更高 的热滞活性和独特的化学结构特征。昆虫AFPs在昆虫抗冻生理过程中起着相当重要的作用,表现在以下三个方面：①抑制一些冰晶形成;②提高冰冻耐受性;③可能参与水分平衡过程。光周期,气温和湿度是调控AFPs生物合成与降解的三种外部因子,而体内激素的变化可能是直接调节脂肪体合成AFPs的内部因子。     

昆虫对低温的适应——抗冻蛋白研究进展

昆虫抗冻蛋白的研究主要在几种昆虫中展开,到目前为止已有二十多种昆虫抗冻蛋白被分离纯化。本文综述了关于昆虫抗冻蛋白的结构、组成、生物学活性及功能等方面的研究进展。昆虫抗冻蛋白的二级结构为β折叠和β转角,在其特殊的氨基酸序列结构中,半胱氨酸形成的二硫键对稳定其结构和活性起着很重要的作用。影响昆虫抗冻蛋白的因子,如活化蛋白及低分子量溶质的发现开辟了昆虫抗冻蛋白研究的新领域。     

昆虫抗冻蛋白: 规则结构适应功能

抗冻蛋白在环境温度低于体液熔点时能够结合到生物体内的冰核表面,通过限制冰核生长和抑制冰晶重结晶而保护有机体免受结冰引起的伤害。与其他生物抗冻蛋白比较,昆虫抗冻蛋白有很强的活性,结构上具有显著特征,如一级结构规律重复,超二级结构为β-螺旋,可与冰晶发生相互作用,具有TXT基序等。该文综述了近年来关于昆虫抗冻蛋白的结构以及分子生物学等方面研究的新进展,讨论了其结构与功能的关系。     

昆虫抗冻蛋白的结构与生物学特性研究

抗冻蛋白(antifreeze proteins AFPs)是一类抑制冰晶生长的蛋白质,它能以非依数性形式降低溶液的冰点而对其熔点影响甚微,因而也被称作热滞蛋白。近几年来对于昆虫抗冻蛋白的研究取得了较快的发展,已有20多种昆虫抗冻蛋白被分离纯化。就昆虫抗冻蛋白的结构特征、生物学特性以及在农业、医学和食品工业等方面的应用进行介绍。     

昆虫抗冻蛋白的研究

抗冻蛋白是具有热滞活性,能结合并抑制冰晶生长和抑制冰的重结晶的一类蛋白质。近几年来,昆虫抗冻蛋白的研究取得了较快的发展,本文通过分析昆虫抗冻蛋白的结构特点、抗冻活性、作用机制,并讨论了抗冻蛋白在食品工业、医学、基因工程方面的应用。结果表明,昆虫抗冻蛋白虽然结构呈多样性,但有很多关键的残基具有保守性,对维持抗冻蛋白结构和功能的完整性发挥着重要的作用;抗冻蛋白是由多基因家簇编码的。其作用机制主要是吸附一抑制机制,抗冻蛋白依靠氢键吸附到冰晶格,抑制冰晶生长;昆虫抗冻蛋白的应用具有很广阔的前景。     

抗冻蛋白结构基因片段的克隆

为了研究和开发利用抗冻蛋白或多肽,木文通过聚合酶链式反应（ＰＣＲ）合成了抗冻蛋白１１０ｂｐ的结构基因片段,然后将该基因片段克隆到大肠杆菌质粒载体Ｐ（Ｂｌｕｅｓｃｒｉｐｔ）Ⅱｋｓ＋／－上,获得了重组质粒,经酶切证明,获得的重组质粒中含有抗冻蛋白结构基因片段,以供该基因在大肠杆菌或酵母中表达抗冻蛋白。     

美洲鲽抗冻蛋白基因的克隆及在E.coli中的表达

本文报告了美洲鲽抗冻蛋白基因的克隆及在E.coli中表达的研究,以质粒P~(CT5)作为抗冻蛋白基因的供体,p~(ORF-2)作为表达载体。用HpaⅡ酶从质粒p~(CT5)上切下抗冻蛋白基因片段,再经Bal 31酶,绿豆核酸酶处理,连接上BglⅡ接头,然后插入到p~(ORF-2)的BglⅡ位点上,借助于p~(ORF-2)上的β-半乳糖苷酶基因的活性,使含正确插入抗冻蛋白基因的克隆呈现出蓝色菌落,共获得4000多个转化子,其中有201个蓝色克隆。对于50个蓝色克隆提取质粒DNA,电泳后发现均大于p~(ORF-2)。用BglⅡ消化后,可以发现有300—1500bpDNA片段,同时确定了抗冻蛋白基因在p~(ORF-2)中的插入方向,对于正确插入的克隆作出部分限制性内切酶图谱,测定出插入的抗冻蛋白基因片段的DNA序列,然后将重组质粒从E.coli MH1000菌株转化到E.coliTK1046中,研究分析表达产物,SDS—聚丙烯酰胺凝胶电泳结果证明插入的抗冻蛋白的基因已表达,有明显的融合蛋白带,分子量大于β-半乳糖苷酶、是由大肠杆菌的外膜蛋白F,抗冻蛋白和β-半乳糖苷酶组成。融合蛋白含量占总蛋白的20％左右。     

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。     

洛氏脊漠甲抗冻蛋白基因的克隆、表达和功能检测

为了研究抗冻蛋白基因是否在新疆荒漠昆虫洛氏脊漠甲 Pterocoma loczyi 中存在,利用 RT-PCR 技术克隆获得了洛氏脊漠甲抗冻蛋白的 cDNA 片段,命名为 Plafp743。测序结果表明洛氏脊漠甲 Plafp743 所编码的蛋白质由 94 个氨基酸组成,蛋白序列呈现规则结构 CTX₁X₂X₃X₄CX₅X₆X₇X₈X ₉。利用原核表达载体构建重组质粒 pGEX-4T-1-Plafp743,转化 Escherichia coli BL21 进行融合蛋白表达,SDS-PAGE 结果表明抗冻蛋白PLAFP基因以可溶性融合蛋白形式表达,相对分子质量 36 kD。用 Glutathione Sepharose 4B 亲和柱对表达蛋白进行纯化后,通过赤翅甲 Dendroides canadensis 抗冻蛋白的小鼠抗血清进行 Western blot 分析,结果表明纯化的 GST-PLAFP 融合蛋白与赤翅甲抗血清能够发生特异性的免疫反应。大肠杆菌的低温抗冻保护实验结果证明,30 μg/mL 的 GST-PLAFP 在-6℃ 对细菌具有显著的保护作用,且随着抗冻蛋白浓度的增加,抗冻保护作用的效 果也随之增加。本研究首次报道了从荒漠昆虫洛氏脊漠甲扩增得到抗冻蛋白基因,提示抗冻蛋白可能是荒漠昆虫普遍采取的过冬生存策略,为进一步开发利用昆虫抗冻蛋白奠定了基础。     

Liver-specific and seasonal expression of transgenic Atlantic salmon harboring the winter flounder antifreeze protein gene

We have analyzed the inheritance and expression of a line of transgenic salmon harboring the antifreeze protein gene from the winter flounder. The genomic clone 2A-7 coding for a major liver-type antifreeze protein gene (wflAFP-6) was integrated into the salmon genome. From a transgenic founder (# 1469), an F3 generation was produced. In this study, southern blot analysis showed that only one copy of the antifreeze protein transgene was integrated into a unique site in F3 transgenic fish. The integration site was cloned and characterized. Northern analysis indicated that the antifreeze protein mRNA was only expressed in the liver and showed seasonal variation. All of the F3 offspring contained similar levels of the antifreeze protein precursor protein in the sera and the sera of these offspring showed a characteristic hexagonal ice crystal pattern indicating the presence of antifreeze activity. In addition, the antifreeze protein precursor protein level was found to vary with the season, being highest in the month of November and lowest in May. This study had demonstrated a tissue-specific and stable expression of the antifreeze protein transgene in the F3 generation of the transgenic salmon 1469 line.     

植物抗病基因克隆与功能研究进展

植物抗病基因（R基因）是分子植物病理学和植物基因工程研究的热点之一,R基因的克隆及其在抗病反应中的功能研究为揭示植物抗病机制和有效－控制植物病害奠定了基础,本文介绍了R基因的成功克隆方法和克隆新策略,对R基因编码产物的功能进行了分类分析,并对通过遗传工程途径发展R基因介导的抗病植物新品种进行了展望。     

植物抗冻蛋白研究进展(综述)

植物抗冻蛋白(AFPs)的研究起步较晚.本文综述植物AFPs的发现过程、理化性质、在植物抗冻生理中的作用及其机制、结构模型及相关的植物基因工程.     

黄粉甲抗冻蛋白AFP84a在大肠杆菌中的高效表达及活性检测

为表达和纯化黄粉甲Tenebrio molitor抗冻蛋白, 采用RT-PCR方法扩增得到黄粉甲抗冻蛋白基因afp84a cDNA, 将其连接到pMAL-p2X质粒上, 构建分泌型融合表达载体pMAL-p2X-afp84a, 并在大肠杆菌Escherichia coli TBI中表达; 进一步利用Amylose柱亲和纯化出该重组蛋白, 后利用细菌抗寒性检测重组蛋白的生物活性。结果显示: 融合蛋白含量占总可溶蛋白的40%。SDS-PAGE分析表明, 用MgSO4处理法与超声波细胞破碎法均可使融合蛋白从细胞中释放; 融合蛋白经Amylose柱亲和纯化, Factor Xa因子酶切, 电泳显示获得的目的蛋白呈单一条带。细菌抗寒性检测表明该重组蛋白具有较高的抗冻活性。黄粉甲抗冻蛋白基因afp84a cDNA的克隆、 原核表达为进一步研究抗冻蛋白的性质和应用提供了有用的实验材料。     

Gene cloning and expression of the Pseudomonas aeruginosa periplasmic phosphate-binding protein

Abstract The pstS gene, encoding the Pseudomonas aeruginosa phosphate-binding protein, was cloned onto a cosmid vector into Escherichia coli , and localized by subcloning, mapping the insertion site of Tn 501 in a P. aeruginosa pstS ::Tn 501 mutant, and hybridization to an oligonucleotide pool synthesized according to the aminoterminal amino acid sequence of the purified protein. The cloned pstS gene was transferred to P. aeruginosa pstS mutants. The P. aeruoginosa phosphate-binding protein was also expressed and secreted into the periplasm of E. coli pstS mutants.     

Short Communication: Increased gene dosage augments antifreeze protein levels in transgenic Drosophila melanogaster

One of the principal environmental adaptations of certain fishes inhabiting polar and northern coastal waters is the synthesis of antifreeze proteins (AFPs). AFPs bind to and prevent the growth of nascent ice crystals, thus depressing the serum freezing point. The transgenic expression of AFP holds great promise for conferring freeze resistance to commercially important plant and animal species. Since fish at the greatest risk of freezing have multiple AFP gene copies in order to synthesize higher levels of this protein, we have evaluated this evolutionary strategy as a way to maximize AFP expression in a model transgenic host, the fruit fly Drosophila melanogaster. A construct in which AFP genes of the Atlantic wolffish are fused to the Drosophila yolk protein 1,2 promoter/enhancer region was transferred to flies through P-element mediated transformation. Several independent transgenic fly lines were used in genetic crosses to obtain multi-insert lines. Haemolymph freezing point depression (thermal hysteresis) was greater in homozygotes relative to heterozygotes for a given insert. Similarly, multi-insert lines consistently displayed greater haemolymph AFP activity than the single insert lines from which they were derived. The thermal hysteresis value obtained with a fly line harboring 8 AFP gene copies, 0.43 °C, represents the highest such value to date recorded in a transgenic host, and is even higher than the levels found in some AFP-producing fish.