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。     

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进展

抗冻蛋白是一类与冰晶有亲合力,能够与冰晶结合并抑制冰晶生长的蛋白或糖蛋白。自20世纪60年代以来,研究人员已经分别从鱼类、昆虫、植物、真菌和细菌中发现多种抗冻蛋白。其中已知鱼类抗冻蛋白有5种,也是研究最详细的。但是,近几年来发现昆虫抗冻蛋白活性普遍比较高,因此受到研究人员重视,研究取得了较快的发展。主要讨论昆虫抗冻蛋白的结构特点、抗冻活性、作用机制和应用,并分析目前的研究现状提出一些待解决的问题,以期望对昆虫抗冻蛋白的研究进行比较系统化的整理。     

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。     

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。     

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。     

准噶尔小胸鳖甲抗冻蛋白基因Mpafp149的生物信息学分析

利用生物信息学方法对准噶尔小胸鳖甲抗冻蛋白基因Mpafp149所编码蛋白MPAFP149进行分析,分别从氨基酸组成、理化性质、二三级结构和功能、进化关系等方面进行预测。结果表明MPAFP149与其他昆虫抗冻蛋白在氨基酸水平上具有79％的相似性,二级结构上预测其为水溶性蛋白,含有信号肽和跨膜区。三级结构上与黄粉虫抗冻蛋白YL-1具有较高的相似性,并且具有昆虫抗冻蛋白所特有的结构域。本研究为准噶尔小胸鳖甲抗冻蛋白功能的研究鉴定了基础。