亚洲玉米螟幼虫酚氧化酶原基因序列的生物信息学分析

酚氧化酶原PPO是昆虫免疫的关键酶, 本文从生物信息学角度对亚洲玉米螟Ostrinia furnacalis Guenée幼虫PPO进行分析, 为进一步研究其高级结构与功能的关系提供理论依据。利用我们已提交到GenBank的数据, 采用在线分析及MEGA4和RasMol软件对亚洲玉米螟酚氧化酶原（Of-PPO）的核苷酸和氨基酸序列、系统发生关系和蛋白质三级结构进行分析。结果表明: Of-PPO全长cDNA序列有2 686 bp, 包含一个2 079 bp的开放阅读框, 其推导的693个氨基酸序列中包含6个组氨酸残基构成的2个铜离子结合位点, 以及保守的硫羟酸酯区域。Of-PPO属于PPO2类群, 其N端不含信号肽, 无跨膜结构域区域, 无糖基化位点, 44个磷酸化位点均匀分布于整个多肽链中, 有2段序列可能形成卷曲螺旋, 有5个区域的氨基酸具较强疏水性, 其二级结构中α-螺旋占22.54%, 随机卷曲占56.79%。同源建模显示其三级结构为“α/β型”中的“滚筒结构”, 存在一个明显的空位, 可能与该酶催化活性有关。本文可为Of-PPO的实验研究和应用开发提供有价值的信息。     

亚洲玉米螟幼虫体内保幼激素二醇激酶cDNA片段克隆与序列分析

为研究亚洲玉米螟Ostrinia furnacalis(Guenée)幼虫体内保幼激素二醇激酶(JHDK)表达调控的分子机理,根据不同昆虫保幼激素二醇激酶基因序列的保守区域,设计合成简并引物,采用RT-PCR技术从亚洲玉米螟5龄幼虫中扩增出一段cDNA片段,大小为189bp,编码63个氨基酸,预测分子量为6.78ku,理论等电点pI值为4.57。该基因序列中含有保守的GTP结合蛋白特征指纹基序∑3和∑1。BlastP分析结果表明:该片段氨基酸序列与烟草天蛾JHDK氨基酸序列的一致性最高,为69%;与家蚕和小菜蛾JHDK氨基酸序列的一致性分别为55%和52%。构建系统发育树分析了3种鳞翅目昆虫JHDK进化关系,结果显示:亚洲玉米螟cDNA片段氨基酸序列与家蚕JHDK的亲缘关系最近,与小菜蛾JHDK的亲缘关系最远。半定量PCR结果表明:JHDK基因在中肠中表达量最高,随着5龄幼虫的发育,JHDK基因在血细胞、脂肪体和体壁组织中表达量有下降趋势,但在中肠组织中表达量明显增强。     

亚洲玉米螟幼虫血清中酚氧化酶原的性

采用40%硫酸铵沉淀、Blue Sepharose CL-6B亲和层析和Phenyl Sepharose CL-4B疏水层析等方法,从亚洲玉米螟Ostrinia furnacalis (Guenée) 幼虫血清中分离纯化了酚氧化酶原。酚氧化酶原全酶相对分子量约为158 kD,亚基相对分子量约为80 kD和78 kD。酚氧化酶原为糖蛋白,该酶原易被0.1 mmol/L CPC (氯代十六烷基吡啶)、 50%甲醇、 1 mg/mL昆布多糖和1 mg/mL胰蛋白酶激活。该酶反应的最适pH为7.0,最适温度为25～30℃,Ca²⁺和Mg²⁺可增强该酶的活性。     

亚洲玉米螟酚氧化酶原的原核表达和性质分析

【目的】昆虫体内酚氧化酶原（PPO）是一种重要的天然免疫蛋白,参与昆虫的体液免疫和细胞免疫过程。本研究采用原核表达体系,大量表达可溶且具有活性的重组PPO蛋白,可用于各种酚氧化酶（PO）抑制剂的筛选,从而为创制抑制昆虫免疫系统的新型杀虫剂提供条件。【方法】利用从亚洲玉米螟Ostrinia furnacalis 5龄幼虫体内克隆获得PPO基因,构建了pET-28b-PPO原核表达载体,在大肠杆菌Escherichia coli中重组表达了亚洲玉米螟PPO蛋白;采用Ni-NAT亲和层析柱快速纯化目的蛋白,进行了Western杂交鉴定;测定分析了重组PPO蛋白激活为PO后的酶学性质以及不同金属离子（Mg²⁺,Cu²⁺和Fe²⁺）对PPO二级结构的影响。【结果】融合蛋白PPO得到了表达和纯化。重组PPO蛋白激活为PO后最适反应温度为30℃,最适pH为7.2,以L-DOPA为底物时PO催化反应的V_max为140.8 U/mg·min,Km为2.96 mmol/L。Fe²⁺存在的情况下重组PPO蛋白中β-折叠结构成分显著增加至53.7%±4.6%,α-螺旋结构成分则显著下降至2.6%±1.2%（P<0.05）;有Mg2+存在的情况下,重组PPO蛋白中β-折叠结构成分显著下降,α-螺旋结构成分稍有上升。有Cu²⁺存在的情况下,重组PPO蛋白中β-折叠结构成分显著下降为10.0%±1.6%,而α-螺旋结构成分则上升至35.3%±6.9%。【结论】结果说明不同金属离子对重组PPO蛋白的二级结构有显著影响。     

亚洲玉米螟血淋巴中酚氧化酶的研究

酚氧化酶(Phenoloxidase,简称PO)大量存在于亚洲玉米螟(Ostrinia furnacalis)幼虫的血浆中,血细胞中甚少.该酶的活力与幼虫的发育期相关,在蜕皮和化蛹前后活力达高峰.PO可以粘附在酵母菌细胞表面,但未发现具有调理作用.以Sephadex G-200层析,对PO进行了部分纯化,比活力可提高56倍.试虫感染酵母菌后,活体内血浆PO活力即刻下降;体外证明,感染血浆可抑制正常血浆PO活力,以胰蛋白酶和昆布多糖测试以及行耐温实验,表明该抑制物为蛋白质性质.对PO的防卫作用进行了简要的讨论.     

昆虫酚氧化酶原激活酶研究

昆虫酚氧化酶原激活酶(Prophenoloxidase activating proteinase,PAP)是酚氧化酶原激活过程中的一个关键酶,是昆虫先天性体液免疫体系的重要组成部分。外界的免疫刺激能够诱导级联反应上游的蛋白对酚氧化酶原激活酶的前体进行剪切激活,而激活后的酚氧化酶原激活酶能够将无活性的酚氧化酶原剪切激活为有活性的酚氧化酶并最终生成细胞毒素物质来消灭外源物。本文综述了昆虫酚氧化酶原激活酶的结构与特性及其在酚氧化酶原级联激活系统中的作用机制,并探讨了寄生蜂对寄主昆虫酚氧化酶原激活酶的调控。     

柑橘全爪螨酚氧化酶原激活酶基因cDNA克隆及生物信息学分析

酚氧化酶原激活酶(prophenoloxidase activating enzyme,PPAE)是酚氧化酶激活系统(prophenoloxidase activating system,PPO-AS)的组成部分,是无脊椎动物抵御入侵微生物的关键酶。本研究利用RACE技术从柑橘全爪螨Panonychus citri(McGergor)体内获得一条PPAE基因全长cDNA,命名为PcPPAE(GenBank:KC136292),属于丝氨酸蛋白酶家族。该基因cDNA全长1 676 bp,开放阅读框1 377 bp,编码458个氨基酸。该基因编码蛋白预测分子量为49.9 ku,理论等电点(pI值)为5.68,分子式为C2201H3467N607O678S22,不稳定系数为41.51,总亲水性系数为-0.268。经序列比对发现该基因具有发夹结构域,丝氨酸蛋白酶结构域,以及丝氨酸蛋白酶结构域中保守的催化三联体。系统发育分析表明该基因与二斑叶螨发夹结构丝氨酸蛋白酶基因的亲缘关系最近。本研究首次从柑橘全爪螨体内克隆获得酚氧化酶原激活酶,为后期进行柑橘全爪螨抵御微生物侵染机制研究奠定了基础。     

腰带长体茧蜂寄生对亚洲玉米螟幼虫体内酚氧化酶活性的影响

通过对被腰带长体茧蜂Macrocentrus cingulum Brischke寄生的5龄亚洲玉米螟Ostrinia furnacalis Guenée幼虫体内不同组织中酚氧化酶活性的测定,采用体外注射腰带长体茧蜂雌性成蜂的萼液成分、毒液成分、萼液与毒液混合物的方法,研究了寄生蜂各种主要生理因子对寄主血清中酚氧化酶活性的影响。结果表明： 寄生蜂寄生可明显抑制寄主体内的酚氧化酶活性,减少黑色素产生;被寄生组FITC标记的血细胞阳性百分率低于未被寄生组,差异极显著( P<0.01）;萼液成分可明显地抑制亚洲玉米螟幼虫血清中酚氧化酶的活性 （P<0.01）;萼液与毒液混合物对酚氧化酶活性也有明显抑制作用（P<0.01）。研究认为寄生蜂产卵时注入的萼液、毒液可对寄主昆虫酚氧化酶活性产生明显的抑制作用,其中萼液是抑制寄主免疫能力的主要因素。     

棉铃虫酚氧化酶原基因的克隆、序列分析和组织表达

利用RT-PCR和RACE方法,获得了棉铃虫Helicoverpa armigera酚氧化酶原(prophenoloxidase,PPO)基因一个亚型cDNA的完整序列。该序列全长2 405 bp,含有一个2 097 bp的开放阅读框,编码一个由698个氨基酸残基组成的蛋白质。推导的氨基酸序列与其他鳞翅目昆虫PPO2基因相应氨基酸序列有较高的同源性(76％～80％),同时该序列具有铜离子结合位点等PPO基因所具有的典型特征。组织特异性表达分析表明,该基因在棉铃虫血细胞、体壁和中肠中均有表达。     

野桑蚕酚氧化酶原基因cDNA的分子克隆及其特征

酚氧化酶在昆虫的免疫防御机制中起着重要作用。利用RT-PCR和RACE方法,克隆了野桑蚕酚氧化酶原基因,获得了其cDNA序列。该序列长2 134 bp,含有一个2 082 bp的完整开放阅读框,编码一个由693个氨基酸残基组成的蛋白质。推导的氨基酸序列与其他鳞翅目昆虫PPO2基因相应氨基酸序列有较高的同源性,该序列具有它们的PPO基因所共有的典型特征。组织特异性表达分析表明了该基因在野桑蚕5龄幼虫的血细胞、体壁、头部、精巢、卵巢、脂肪体和中肠等组织及其不同的发育阶段均有表达。这些结果为进一步研究野桑蚕酚氧化酶原基因的功能提供了分子基础。     

保幼激素类似物及蜕皮甾类对亚洲玉米螟幼虫酚氧化酶活性的影响

分别用1 μg/头、0.1 μg/头和0.01 μg/头浓度的保幼激素类似物methoprene（蒙五一五）体外处理亚洲玉米螟5龄幼虫,测定幼虫体壁组织、血清和血细胞溶离物中酚氧化酶的活性。结果表明： 1 μg/头 methoprene处理组和0.1 μg/头处理组幼虫体壁组织中酚氧化酶活性与对照组相比有显著提高（P<0.01）,血清和血细胞溶离物中酚氧化酶活性也显著上升（P<0.01）。将含有20-羟基蜕皮酮的人工饲料饲喂亚洲玉米螟5龄幼虫,处理组幼虫体壁组织的酚氧化酶活性下降(P<0.05),血清和血细胞溶离物中的酚氧化酶活性均低于对照组 （P<0.01）。这些结果表明methoprene可以诱导亚洲玉米螟5龄幼虫体内酚氧化酶活性的上升,而20-羟基蜕皮酮则抑制了酚氧化酶的活性。     

一种酚氧化酶原组织定位的胶体金标记免疫电镜方法

以亚洲玉米螟Ostrinia furnacalis Guenée5龄幼虫的中肠和体壁组织为材料,采用Epon812常规包埋方法,以作者实验室制备的酚氧化酶原多克隆抗体为一抗、胶体金标记的羊抗鼠IgG为二抗,采用醋酸双氧铀-柠檬酸铅双染色体系,建立一种胶体金标记的特异性强且超微结构保存较好的亚洲玉米螟幼虫体内中酚氧化酶原免疫电镜定位方法。     

抑太保对亚洲玉米螟表皮酚氧化酶及几丁质酶活力的影响

采用饲喂法,抑太保(Atabron,IKI-7899)对亚洲玉米螟Ostrinia furnacalis幼虫的LC₅₀约是灭幼脲Ⅰ号的1/10.体内和体外实验表明,抑太保及灭幼脲Ⅰ号均能导致幼虫表皮酚氧化酶及几丁质酶活力显著增高.与对照相比,饲喂抑太保及灭幼脲Ⅰ号,五龄幼虫表皮酚氧化酶活力分别增长276.00%和28.00%、几丁质酶活力分别增长42.25%和13.62%;腹腔注射抑太保及灭幼脲Ⅰ号,五龄幼虫表皮酚氧化酶活力分别增长74.86%和37.98%、几丁质酶活力分别增长68.18%和28.86%.我们认为,酚氧化酶及几丁质酶活力的增高应是抑太保及灭幼脲Ⅰ号导致玉米螟死亡的重要原因.     

家蚕丝氨酸蛋白酶抑制剂Bmserpin2对酚氧化酶原激活和抗菌肽基因表达的抑制作用

【目的】丝氨酸蛋白酶抑制剂家族蛋白是昆虫中调控自身免疫反应的重要蛋白酶抑制剂,本研究旨在研究家蚕Bombyx mori丝氨酸蛋白酶抑制剂2(Bmserpin2)在家蚕2个重要的自身免疫通路即酚氧化酶原(prophenol oxidase, PPO)激活通路和革兰氏阳性菌诱导抗菌肽的TOLL通路中的调控作用。【方法】PCR扩增家蚕Bmserpin2基因片段后原核表达并通过镍柱纯化。利用纯化后的重组Bmserpin2蛋白分别与胰蛋白酶、胰凝乳蛋白酶、弹性蛋白酶和蛋白酶K反应,检测Bmserpin2对上述蛋白酶活性的影响。通过RT-qPCR检测Bmserpin2在家蚕5龄第3天幼虫头、中肠、脂肪体、血淋巴、丝腺和表皮组织中表达的模式。往家蚕5龄第3天幼虫注射Bmserpin2重组蛋白,检测Bmserpin2对其血淋巴中PPO活性的影响。通过滕黄微球菌Micrococcus luteus诱导家蚕5龄第3天幼虫产生抗菌肽并注射Bmserpin2重组蛋白后,RT-qPCR检测其血淋巴中抗菌肽基因gloverin2和moricin表达量。【结果】成功构建重组质粒并表达纯化目的蛋白Bmserpin2。...     

亚洲玉米螟幼虫应对大肠杆菌注射的血淋巴免疫应激反应

为研究大肠杆菌Escherichia coli侵染引发亚洲玉米螟Ostrinia furnacalis Guenée幼虫免疫应激反应的机理,本实验测定了分别注射生理盐水以及3×10³,3×10⁴,3×10⁵和3×10⁶个细胞/mL大肠杆菌后亚洲玉米螟5龄幼虫血淋巴中血细胞总数（THC）、颗粒细胞和浆血细胞数量,血清中酚氧化酶（PO）、谷胱甘肽过氧化物酶（GSH-px）、谷胱甘肽还原酶(GR)和谷胱甘肽-S-转移酶(GST)的活性,通过流式细胞仪分析了血细胞活性氧自由基(ROS)水平的动态变化。结果表明：与对照组相比,注射3×10⁵和3×10⁶个细胞/mL大肠杆菌细胞后12 h,可引起亚洲玉米螟5龄幼虫THC及浆血细胞、颗粒细胞数量明显上升(P<0.01),同时应激产生大量ROS。3×10⁴,3×10⁵和3×10⁶个细胞/mL大肠杆菌3个不同浓度处理组均引起幼虫体内PO活性显著升高(P<0.01),诱导幼虫血清中GSH-px,GST及GR的活性上升(P<0.01)。这些结果表明, 亚洲玉米螟幼虫受到大肠杆菌侵染后,其血淋巴细胞免疫和体液免疫能力受到显著影响, 可诱导血清中GSH-px,GST和GR活性升高以清除过多的ROS, 防止其毒害。     

家蚕para钠通道cDNA片段克隆与序列分析

昆虫神经系统para型钠离子通道是拟除虫菊酯类杀虫剂的主要靶标,已有的研究表明钠离子通道基因发生点突变与昆虫对菊酯类杀虫剂的抗性密切相关。本文通过RT-PCR方法克隆获得了编码家蚕Bombyx mori L.钠离子通道的cDNA片段(GenBank No.EF521818),该片段全长4882bp,部分ORF包含3986bp核苷酸,翻译成1328个氨基酸。蛋白序列分析表明,PCR扩增获得的家蚕钠离子通道cDNA片段所编码的氨基酸与其他昆虫的para型钠离子通道α亚基的氨基酸具有很高的同源相似性,与棉铃虫Heliothis virescens Fabricius、埃及伊蚊Aedes aegypti L.、德国小蠊Blattella germanica L.、果蝇Drosophila melanogaster Meigen和家蝇Musca domestica L.的相似性分别为95%、82%、80%、79%、77%。     

家蚕丝氨酸蛋白酶抑制剂Bmserpin2对酚氧化酶原激活和抗菌肽基因表达的抑制作用

【目的】丝氨酸蛋白酶抑制剂家族蛋白是昆虫中调控自身免疫反应的重要蛋白酶抑制剂,本研究旨在研究家蚕Bombyx mori丝氨酸蛋白酶抑制剂2(Bmserpin2)在家蚕2个重要的自身免疫通路即酚氧化酶原(prophenol oxidase, PPO)激活通路和革兰氏阳性菌诱导抗菌肽的TOLL通路中的调控作用。【方法】PCR扩增家蚕Bmserpin2基因片段后原核表达并通过镍柱纯化。利用纯化后的重组Bmserpin2蛋白分别与胰蛋白酶、胰凝乳蛋白酶、弹性蛋白酶和蛋白酶K反应,检测Bmserpin2对上述蛋白酶活性的影响。通过RT-qPCR检测Bmserpin2在家蚕5龄第3天幼虫头、中肠、脂肪体、血淋巴、丝腺和表皮组织中表达的模式。往家蚕5龄第3天幼虫注射Bmserpin2重组蛋白,检测Bmserpin2对其血淋巴中PPO活性的影响。通过滕黄微球菌Micrococcus luteus诱导家蚕5龄第3天幼虫产生抗菌肽并注射Bmserpin2重组蛋白后,RT-qPCR检测其血淋巴中抗菌肽基因gloverin2和moricin表达量。【结果】成功构建重组质粒并表达纯化目的蛋白Bmserpin2。通过与不同蛋白酶反应得出Bmserpin2可极显著抑制消化酶胰蛋白酶和弹性蛋白酶活性,对胰凝乳蛋白酶和蛋白酶K活性影响不显著,提示Bmserpin2对不同蛋白酶具有生物学活性和催化特异性。基因表达模式显示Bmserpin2在家蚕5龄幼虫血淋巴和脂肪体中表达量最高。家蚕5龄幼虫注射重组Bmserpin2蛋白后发现目的蛋白能有效抑制血淋巴中PPO活性。利用滕黄微球菌诱导家蚕5龄幼虫产生抗菌肽后,滕黄微球菌和Bmserpin2混合注射组中血淋巴中抗菌肽基因gloverin2和moricin的转录表达与只注射滕黄微球菌的比较被显著下调。【结论】Bmserpin2可能参与家蚕酚氧化酶原激活和TOLL途径的胞外级联反应的免疫通路。     

褐飞虱和桃蚜粗提液中酚氧化酶原激活系统的激活特点

采用研磨法制备褐飞虱Nilaparvata lugens (Stål)和桃蚜Myzus persicae (Sulzer)粗提液,用于研究几种化学因子对粗提液中酚氧化酶原激活系统(proPO-AS)的激活特点。结果表明, 在0.1～100 mmol/L的Ca²⁺浓度范围内,虱液和蚜液的酚氧化酶(PO)活性随Ca²⁺浓度升高而增强,并在30 mmol/L处PO活性达到最高,在此限之上PO活性反而下降。当昆布多糖浓度从10^-4 mg/mL升至10 mg/mL时,虱液和蚜液的PO活性也随之升高,但再提高昆布多糖浓度却未见PO活性的峰顶出现。在6种葡聚糖对PO的激活作用中,昆布多糖和酵母聚糖能显著增强PO活性,但curdlan对虱液和蚜液的PO无明显激活作用,而甘露聚糖、右旋糖苷和纤维素则降低PO活性。这些结果显示β-1,3-葡聚糖能有效激活proPO-AS。Ca²⁺和丝氨酸蛋白酶抑制剂PMSF加样顺序的不同也会影响PO活性。     

根虫瘟霉不同菌株对小菜蛾幼虫血淋巴酚氧化酶原的激活作用

在对小菜蛾Plutella xylostella幼虫血淋巴酚氧化酶原的存在部位及免疫激活作用特点研究的基础上,比较了根虫瘟霉Zoophthora radicans不同菌株对酚氧化酶原激活系统的免疫激化及防御作用的差异。研究发现, 酚氧化酶原主要位于小菜蛾幼虫血细胞膜及血细胞裂解液中,极少存在于血浆中。在免疫激活剂昆布多糖存在下,分别测得小菜蛾幼虫血细胞碎片、血细胞裂解液和血浆的酚氧化酶活性为26.80 U,16.68 U和2.53 U。酚氧化酶原显著地受血浆和昆布多糖同时存在的激活,但两者单独存在时对酚氧化酶原的激活作用较弱。根虫瘟霉菌丝裂解液对酚氧化酶原有不同程度的激活作用,其激活作用在有血浆存在时显著增强,其酚氧化酶活性可提高2.9～3.4倍。各菌株间对酚氧化酶原的激活作用则以ARSEF1342菌株最强,ARSEF2699和F99101菌株次之,ARSEF1100菌株最弱。被激活的酚氧化酶可粘附于根虫瘟霉菌丝上并能产生黑化反应,各菌株间酚氧化酶粘附于ARSEF1342菌株的能力最强,粘附于ARSEF2699和F99101菌株的次之,粘附于ARSEF1100菌株的最弱。但酚氧化酶粘附于昆布多糖的能力显著强于各虫霉菌株,表明各菌株在一定程度上能逃避寄主的免疫识别;各菌株激活酚氧化酶原及酚氧化酶粘附于菌株强弱,与对小菜蛾毒力呈负相关性,表明高毒力菌株具有易逃避寄主免疫识别的趋向。     

亚洲玉米螟卵黄原蛋白基因的克隆、表达谱及对UV-A胁迫的响应

【目的】本研究克隆亚洲玉米螟Ostrinia furnacalis卵黄原蛋白(vitellogenin, Vg)基因,分析其表达模式,旨在探究UV-A胁迫对亚洲玉米螟Vg基因表达及生殖力的影响。【方法】采用RT-PCR和RACE技术克隆亚洲玉米螟Vg基因的全长,并用生物信息学方法分析其特征;利用RT-qPCR检测亚洲玉米螟不同发育阶段(卵、1-5龄幼虫、蛹和成虫)、雌成虫不同组织(头、足、表皮、卵巢、中肠和脂肪体)中和雌成虫在UV-A胁迫不同时间(0, 0.5, 1, 1.5, 2, 2.5, 3, 3.5和4 h)下该基因的相对表达量。测定UV-A照射不同时长(0, 1, 2, 3和4 h/d)后亚洲玉米螟成虫的生殖及F₁代发育情况。【结果】克隆获得亚洲玉米螟Vg基因的序列,命名为OfVg(GenBank登录号:MK782978)。该基因全长5 760 bp,开放阅读框(ORF)长5 331 bp,编码1 776个氨基酸,蛋白相对分子量为202.10 kD,等电点为9.06。OfVg包含Vg-N, DUF 1943D和VWD 3个功能结构域,无跨膜区结构。系统发...