大螟中肠氨肽酶N基因的克隆及表达谱分析

昆虫中肠氨肽酶N是Bt毒素的重要受体之一, 与Bt毒素的杀虫机制及昆虫Bt抗性的产生密切相关。本研究通过简并引物PCR结合RACE技术克隆并获得大螟 Sesamia inferens Bt受体蛋白--氨肽酶N （aminopeptidase N, APN）基因的cDNA序列全长, 经NCBI同源比对分析, 认为该基因为APN3基因, 并将其命名为SiAPN3（GenBank登录号为HQ636624）。序列分析表明, 该基因的cDNA序列全长为3 411 bp, 开放阅读框为3 018 bp, 编码1 006个氨基酸; 预测蛋白质分子量为114 kD, 等电点为4.95; 其推导的氨基酸序列中具有鳞翅目昆虫氨肽酶N典型的结构特征, 即含有1个N-和12个O-连接的糖基化位点, N-末端具有18个氨基酸的剪切信号肽, 谷氨酸锌化氨肽酶保守结构GAMEN, 锌结合位点HEXXHX18E, C-末端具有22个氨基酸的糖基磷脂酰肌醇(GPI)锚信号肽。采用实时定量PCR研究了SiAPN3在大螟4龄幼虫肠道不同部位和幼虫不同龄期的转录表达谱。结果表明, 该基因在幼虫中肠中的表达量最高, 其次为后肠, 前肠中表达量最低, 且中肠和后肠中的表达量显著高于前肠（P＜0.05）; SiAPN3在3龄幼虫中的表达量最高, 1龄幼虫中最低, 虽然3、 4日龄之间的表达量没有显著差异, 但二者均显著高于其他日龄, 1, 2和5日龄之间不存在显著差异（P>0.05）。该研究为阐明APN基因的功能及大螟对Bt抗性产生的分子机制奠定了基础。     

Bt毒素诱导下小菜蛾实时定量PCR 内参基因的筛选

【目的】筛选出Bt毒素诱导后的小菜蛾Plutella xylostella (L.)的实时定量PCR最适内参基因。【方法】选取核糖体18S rRNA (18S rRNA)、 肌动蛋白（ACTB）、 延伸因子（EF1）、3-磷酸甘油醛脱氢酶（GAPDH）、 核糖体蛋白L32 (RPL32)、 核糖体蛋白S13 （RPS13）、 核糖体蛋白S20 （RPS20）和β-微管蛋白(TUB)基因作为候选内参基因, 以geNorm、 Normfinder和BestKeeper软件分析这8个基因在Bt毒素诱导后的小菜蛾不同品系中肠组织中的表达稳定性。并应用筛选出来的内参基因分析小菜蛾氨肽酶2（aminopeptidase N2, APN2）基因的表达水平。【结果】geNorm软件以RPS13和EF1为最稳定内参基因, NormFinder和BestKeeper软件均以RPS13和RPL32为最稳定基因。使用3种不同内参基因分析Bt毒素诱导后的小菜蛾Bt抗性和敏感品系中ANP2表达水平时, 新的内参基因EF1和传统内参基因RPL32表现了良好的稳定性, 二者作为标准化因子, ANP2表达量结果基本一致, 而使用18S rRNA作为内参基因, 却导致部分表达量分析结果有所误差。【结论】筛选出PRS13,RPL32和EF1可以作为小菜蛾某些试验条件下的内参基因, 对小菜蛾基因表达研究奠定了一定基础, 也对其他昆虫内参基因的筛选具有参考价值。     

小菜蛾中肠Polycalin蛋白的基因克隆、表达及与Cry1Ac毒素的结合特性分析

【目的】Polycalin蛋白是一种新发现的Bt毒素受体,可能与昆虫对Bt的抗性有关。本研究旨在明确小菜蛾Plutella xylostella Polycalin蛋白与Bt Cry1Ac毒素的关系。【方法】本研究通过PCR结合RACE技术从小菜蛾3龄幼虫中肠克隆获得Polycalin蛋白基因的全长cDNA序列,采用实时定量PCR技术研究Polycalin蛋白在小菜蛾不同发育阶段、4龄幼虫不同组织及用不同浓度Cry1Ac毒素饲喂3龄幼虫后的表达量。提取小菜蛾幼虫中肠的刷状缘膜囊泡(BBMV),运用合成多肽的方法制备Polycalin蛋白抗体,利用Western blot和Ligand blot技术对小菜蛾Polycalin蛋白进行鉴定,分析其与Cry1Ac毒素的结合特性。【结果】克隆得到的小菜蛾Polycalin蛋白基因的cDNA序列全长为9 102 bp(GenBank登录号:MF138149),其中,开放阅读框为8 778 bp,编码2 925个氨基酸;预测蛋白质分子量为326.38 kD,等电点为4.39;在推导的氨基酸序列中,前20个氨基酸为N-末端信号肽序列,含有14个N-糖基化位点,67个O-糖基化位点,6个脂质运载蛋白特征序列,6个脂质运载蛋白位点和13个类脂质运载蛋白结构域,并且在第20和21位(TSG-QVV)氨基酸之间存在一个裂解位点,在C-末端存在2个GPI结合位点,具有Bt毒素受体的特征。该蛋白在幼虫期的表达量较高,尤其在3龄幼虫体内表达量最高,在蛹和成虫中的表达量最低;在4龄幼虫的头、胸、腹中均有表达,在幼虫腹部中的表达量最高;3龄幼虫取食不同浓度的Cry1Ac毒素后,Polycalin蛋白的表达量下降,且Cry1Ac毒素浓度越高,下降越明显。通过Western blot检测到小菜蛾中肠刷状缘膜囊泡(BBMV)上存在大约300 kD的Polycalin蛋白条带;Ligand blot实验证明了小菜蛾Polycalin蛋白能与Cry1Ac毒素结合。【结论】本研究首次初步明确了小菜蛾Polycalin蛋白具有与Bt毒素结合的特性,为研究Bt对昆虫的作用机理和利用Bt防治害虫提供一定的理论基础和参考价值。     

稻纵卷叶螟氨肽酶N基因的克隆及时空表达分析

【目的】昆虫中肠氨肽酶N(Aminopeptidase N,APN)是Bt杀虫蛋白的重要受体之一,与Bt蛋白的杀虫机制及昆虫对Bt蛋白的抗性密切相关。为阐明稻纵卷叶螟Cnaphalocrocis medinalis(Guenee)APN基因的功能及明确Bt蛋白对稻纵卷叶螟的毒力机制,本研究系统开展了稻纵卷叶螟中肠APN基因的克隆及时空表达分析。【方法】通过简并引物PCR结合RACE技术克隆并获得4条稻纵卷叶螟APN基因的cDNA序列全长,采用实时定量PCR技术研究了APN基因在稻纵卷叶螟不同虫态及幼虫不同组织中的时空表达情况。【结果】经NCBI同源比对分析,认为这4个基因分属于。4PN基因家族的不同类别,分别将其命名为CmAPN1(GenBank登录号:HQ853294)、CmAPN2(GenBank登录号:HQ853295)、CmAPN3(GenBank登录号:KJ143755)、CmAPN4(GenBank登录号:HQ853296)。序列分析表明,CmAPN1-4 cDNA序列全长分别为:3 698、3 478、3 150和3 149 bp,开放阅读框分别为:3 045、2 877、3 045和2 862 bp,分别编码965、958、1 014和952个氨基酸。其推导的氨基酸序列具有鳞翅目昆虫氨肽酶N的典型结构特征,即含有糖基化位点、N-末端信号肽序列、谷氨酸锌化氨肽酶保守结构GAMEN、锌结合位点HEX_2HX_(18)E、C-末端糖基磷脂酰肌醇(GPI)锚信号肽。实时定量研究表明,CmAPNs在幼虫中的表达量显著高于卵、蛹和成虫;在幼虫中,CmAPN7的表达水平明显低于CmAPN22-4,且其在不同龄期中的表达差异显著;CmAPN2-4的表达量随幼虫龄期的增加而增加;CmAPNs在幼虫肠道组织中的表达量显著高于其它组织器官,且CmAPN1和CmAPN2分别在中肠和后肠中呈现高水平表达,CmAPN3在前、中肠内均高水平表达;但CmAPN4在各个组织器官中的表达均保持较低水平。【结论】CmAPNs基因在稻纵卷叶螟的不同虫态和不同组织中呈现了差异显著的时空表达,采用RNA干扰方法进行CmAPNs基因功能研究时,要选择适宜的虫态和虫龄进行干扰。     

鳞翅目昆虫氨肽酶N与Bt毒素的结合及其与Bt抗性的关系

随着Bt Cry作物在我国的广泛应用和推广,靶标害虫对其抗性风险已成为Bt Cry作物生态安全研究的重要内容.氨肽酶N(Aminopeptidase N,APN)是位于昆虫中肠刷状缘膜囊泡(Brush Border Membrane Vesicles,BBMV)上Bt Cry毒素重要的受体蛋白之一,它与Bt Cry毒素...     

粘虫类钙粘蛋白基因的克隆、序列分析及时空表达

昆虫中肠膜类钙粘蛋白（cadherin-like protein, CLP）是苏云金芽孢杆菌Bacillus thuringiensis (Bt)毒素的重要受体之一, 与Bt毒素的杀虫作用机制以及昆虫对Bt毒素的抗性等密切相关。本研究应用RT-PCR和RACE技术, 克隆了迁飞性重要害虫粘虫Mythimna separata类钙粘蛋白基因全长cDNA序列（命名为Msclp, GenBank登录号为JF951432）, 全长5 642 bp, 编码1 757个氨基酸, 推导的氨基酸序列具有昆虫类钙粘蛋白的特征结构, 包括1个信号肽、 1个前蛋白区、 12个钙粘蛋白重复、 1个近膜区、 1个跨膜区和1个胞质区。预测的分子量和等电点分别为196.786 kD和4.5。该蛋白与同科的烟夜蛾Helicoverpa assulta、 烟芽夜蛾Heliothis virescens、 棉铃虫Helicoverpa armigera及甜菜夜蛾Spodoptera exigua的类钙粘蛋白亲缘关系最近, 氨基酸序列一致性分别为61.77%, 61.66%, 61.26%和58.14%。荧光定量RT-PCR分析表明, 该类钙粘蛋白基因在不同龄期的粘虫幼虫中表达量差异极显著(P<0.01), 其中4龄幼虫相对表达量最高, 但与3龄、 6龄幼虫并没有显著性差异; 1和2龄幼虫表达量最低; 表达部位主要在粘虫中肠, 在中肠以外的虫体其他部位表达量极低。这些结果对于揭示转Bt作物对非靶标、 迁飞性粘虫的杀虫作用机制以及评价其潜在的对Bt毒素抗性机制等奠定了基础。     

棉铃虫中肠氨肽酶APN4与Cry1Ac、Cry2Aa结合能力的比较

【目的】Bt杀虫蛋白(Bacillus thuringiensis)具有高度的靶标特异性,已经被广泛用于农业害虫防治。Bt杀虫蛋白要发挥杀虫活性,必须首先与其受体蛋白结合,氨肽酶N(Aminopeptidase N)是一类重要的Bt受体蛋白。因此,分析该受体与Bt杀虫蛋白的结合能力,可为进一步明确不同Bt的分子作用机制、Bt的抗性治理以及新Bt的开发应用等提供借鉴。【方法】本文利用Ligand blot和Elisa方法比较了棉铃虫Helicoverpa armigera中肠APN4(Aminopeptidase N4,APN4)与Cry1Ac、Cry2Aa的结合能力。【结果】原核表达的APN4片段与活化的Cry1Ac、Cry2Aa都可以结合,解离常数(Kd)分别是48.59 nmol/L和21.73 nmol/L。【结论】APN4片段与Cry1Ac、Cry2Aa的结合能力在数量级上不存在显著性差异。     

二化螟APN1的原核表达及其与Cry2Aa蛋白的结合特性研究

【目的】Bt杀虫蛋白发挥杀虫活性的重要前提是Cry蛋白能够与昆虫中肠上皮细胞刷状缘膜囊(BBMVs)上的受体蛋白结合。在前期获得二化螟氨肽酶N1(Aminopeptidase N,APN1)基因全长序列的基础上,明确二化螟APN1多肽片段与Cry2Aa的结合能力。【方法】将二化螟APN1序列片段在大肠杆菌BL21(DE3)中表达,利用蛋白质单向电泳和ligand blotting技术分析二化螟APN1多肽片段与Cry2Aa的结合能力。【结果】重组载体可在表达菌株BL21(DE3)中表达一个约70 ku的蛋白,纯化后的多肽条带单一,纯度较好。Ligand blot分析结果显示,表达的二化螟APN1多肽片段可以与活化的Cry2Aa杀虫蛋白结合,且结合条带随着重组蛋白上样量的降低而减弱。【结论】APN1多肽片段可以与Cry2Aa结合,为阐明APN1基因的功能奠定基础,也为其他Bt蛋白的受体蛋白相关研究提供新的借鉴。     

RNAi介导的棉铃虫氨肽酶N基因Haapnl和钙粘蛋白基因Ha_BtR沉默对Cry1Ac毒力的影响

氨肽酶N(aminopeptidase N,APN)和钙粘蛋白(cadherin)是存在于鳞翅目昆虫中肠刷状缘膜囊(brush border membrane vesicles,BBMV)上Bt毒素Cry1A的受体.本实验将棉铃虫Helicoverpa armigera氨肽酶N1基因Haapnl和钙粘蛋白基因Ha_BtR双链RNA(dsRNA)注入棉铃虫4龄幼虫体内,以研究这两种受体基因沉默后对Cry1Ac毒力的影响.结果表明:注射dsRNA(1 μg/头)进行基因沉默后,Haapnl mRNA表达量比注射缓冲液(elution solution,ES)的对照下降了30%～49%,Ha_BtR mRNA表达量下降了30%～37%.注射Haapnl dsRNA的幼虫在40和70 μg/cm2 Cry1Ac活化毒素下的死亡率显著低于注射ES的幼虫,而在100和170 μg/cm2 Cry1Ac原毒素处理下两者死亡率无显著差异;Cry1Ac活化毒素以及原毒素对注射Ha_BtR dsRNA幼虫与注射ES幼虫的毒力均无显著差异.当同时注射Haapnl及Ha_BtR dsRNA后,干扰后的幼虫对Cry1Ac活化毒素和原毒素的敏感性均显著下降.本研究进一步证明了棉铃虫Haapnl和Ha_BtR均是Bt毒素Cry1Ac的功能受体,这两种受体蛋白共同参与Cry1Ae的毒杀作用过程.该结果也提示.Haapnl或Ha_BtR基因产生突变都可能导致棉铃虫对CrylAc产生抗性.     

Aminopeptidase N isoforms from the midgut of Bombyx mori and Plutella xylostella -- their classification and the factors that determine their binding specificity to Bacillus thuringiensis Cry1A toxin

Novel aminopeptidase N (APN) isoform cDNAs, BmAPN3 and PxAPN3, from the midguts of Bombyx mori and Plutella xylostella, respectively, were cloned, and a total of eight APN isoforms cloned from B. mori and P. xylostella were classified into four classes. Bacillus thuringiensis Cry1Aa and Cry1Ab toxins were found to bind to specific APN isoforms from the midguts of B. mori and P. xylostella, and binding occurred with fragments that corresponded to the BmAPN1 Cry1Aa toxin-binding region of each APN isoform. The results suggest that APN isoforms have a common toxin-binding region, and that the apparent specificity of Cry1Aa toxin binding to each intact APN isoform seen in SDS-PAGE is determined by factors such as expression level in conjunction with differences in binding affinity.     

小菜蛾中肠氨肽酶基因PxAPN5的克隆、原核表达及蛋白质同源建模分析

【目的】克隆和表达小菜蛾Plutella xylostella氨肽酶基因,并进行基因序列分析和同源建模分析。【方法】以小菜蛾中肠cDNA为模板克隆分析氨肽酶基因序列, 原核表达氨肽酶蛋白并进行酶活性测定, 应用配体印迹分析氨肽酶与Cry2Ab蛋白的结合, 通过蛋白质建模对突变位点进行分析。【结果】从小菜蛾中肠cDNA 扩增出氨肽酶基因, 该基因全长2 853 bp, 编码950个氨基酸, 预测蛋白分子量为107.3871 kDa, 等电点为5.24; 进化树分析显示, 克隆得到的氨肽酶基因属于APN家族5, 将其命名为PxAPN5（GenBank登录号: KM034756）。PxAPN5蛋白具有鳞翅目昆虫氨肽酶蛋白的保守性特征, 即含有N-糖基化位点、O-糖基化位点和GPI锚定位点, 具有“HEXXH”锌蛋白酶结构域和C端跨膜区域。在大肠杆菌Escherichia coli中原核表达PxAPN5, 表达产物经SDS-PAGE电泳, 在110 kDa附近出现特异性条带; 酶活性测试显示菌体破碎上清液具有氨肽酶活性, 比活力为1 047.2 U/g。配体印迹结果显示表达的PxAPN5能与Cry2Ab蛋白特异性结合。多序列比对结果表明, 与其他已报道的小菜蛾氨肽酶相比, PxAPN5氨基酸序列有3个保守性位点发生了突变,并通过蛋白质建模的方式表征突变位点。【结论】本研究成功克隆和表达了具有氨肽酶活性的小菜蛾氨肽酶, 并发现其能与Cry2Ab蛋白特异性结合; 通过蛋白质建模对氨肽酶突变位点的特征及功能进行了预测。 这些结果对小菜蛾氨肽酶的功能性研究提供了理论基础。     

A DNA marker to identify predation of Plutella xylostella (Lep., Plutellidae) by Nabis kinbergii (Hem., Nabidae) and Lycosa sp. (Aranaea, Lycosidae)

Abstract:  Predators are important biotic factors in the population dynamics of the diamondback moth, Plutella xylostella . A specific DNA marker was developed to detect P. xylostella in the gut contents of two polyphagous predators, Nabis kinbergii and Lycosa sp. A distinct 275-bp product was amplified by polymerase chain reaction (PCR) from the internal transcribed spacer (ITS-1) of the ribosomal gene of P. xylostella , but not from 11 other arthropod species collected from Brassica fields in South Australia. Fortuitously, the primer set could also amplify DNA products from two species and three varieties of Brassica plants, with the fragment size about 600 bp. When N. kinbergii was analysed after feeding a single fourth instar P. xylostella , 67% of individuals were positive with the 275-bp PCR product up to 16 h after feeding. Likewise, the PCR product was detected in 80% individuals of Lycosa sp. up to 72 h after feeding on a single fourth instar P. xylostella larva. Initial tests of samples collected from the field showed that the predation incidences for both N. kinbergii and Lycosa sp. determined by the 275-bp fragment corresponded to the density of P. xylostella in the field.     

Genetic diversity of Desulfovibrio spp. in environmental samples analyzed by denaturing gradient gel electrophoresis of [NiFe] hydrogenase gene fragments.

The genetic diversity of Desulfovibrio species in environmental samples was determined by denaturing gradient gel electrophoresis (DGGE) of PCR-amplified [NiFe] hydrogenase gene fragments. Five different PCR primers were designed after comparative analysis of [NiFe] hydrogenase gene sequences from three Desulfovibrio species. These primers were tested in different combinations on the genomic DNAs of a variety of hydrogenase-containing and hydrogenase-lacking bacteria. One primer pair was found to be specific for Desulfovibrio species only, while the others gave positive results with other bacteria also. By using this specific primer pair, we were able to amplify the [NiFe] hydrogenase genes of DNAs isolated from environmental samples and to detect the presence of Desulfovibrio species in these samples. However, only after DGGE analysis of these PCR products could the number of different Desulfovibrio species within the samples be determined. DGGE analysis of PCR products from different bioreactors demonstrated up to two bands, while at least five distinguishable bands were detected in a microbial mat sample. Because these bands most likely represent as many Desulfovibrio species present in these samples, we conclude that the genetic diversity of Desulfovibrio species in the natural microbial mat is far greater than that in the experimental bioreactors.     

两种泥鳅中Sox基因的检出(英文)

性别决定基因ＳＲＹ都具有一个高度保守的基因序列──ＨＭＧ－ｂｏｘ,编码Ｓｏｘ蛋白,在胚胎发育过程中起重要作用。本文利用两种引物检测了泥鳅和大鳞副泥鳅的Ｓｏｘ基因。第一对引物特异扩增人类ＳＲＹ基因的保守区。在扩增泥鳅的基因组ＤＮＡ时可见长度分别为２００、５５０、９４０和１０００ｂｐ的四条扩增带。在大鳞副泥鳅中可以扩增出２００、５５０、９００ｂｐ三条带（Ｆｉｇ．１）。Ｓｏｕｔｈｅｒｎ杂交表明２００和５５０ｂｐ两条带可以和ＳＲＹ基因探针杂交（Ｆｉｇ．２）。第二对引物是兼并引物,可以特异扩增Ｓｏｘ基因的ＨＭＧ－ｂｏｘ区域。以基因组ＤＮＡ为模板可以在大鳞副泥鳅中扩增出２２０、５５０、７００和１５００ｂｐ四条带（Ｆｉｇ．３）;而在泥鳅中则为２２０、５３０、５７０和１５００ｂｐ四条带（Ｆｉｇ．４）。ＰＣＲ产物的长度差异被认为是由于部分Ｓｏｘ基因的ＨＭＧ－ｂｏｘ区域中存在着内含子。没有发现性别特异扩增带。以上结果说明哺乳动物与性决定有关的组分在脊椎动物中是广泛存在的。但这些组分在鱼类中是否与性决定有关,或仅是哺乳动物性决定因子的进化前体尚不得而知。无论如何广泛深入研究鱼类的Ｓｏｘ基因对于揭示性决定系统和因子的进化方式是十分     

大菱鲆肌肉组织中的基因差异表达与体长性状的相关性研究

为了揭示出一些影响鱼类生长发育速度方面的遗传信息,本文应用mRNA差异显示技术,以同一批受精卵孵化的同池养殖的两组大菱鲆鱼为试验材料,检测了在相同生长发育条件下两组体长相差悬殊的3月龄大菱鲆肌肉组织的基因差异表达。结果：18对引物组合共显示出723条带,其中有527条带能够重现,差异显示条带的重现率为72.89%;在527条稳定的条带中有21条为差异带,其余506条为共有带（96.02%）。21条差异表达条带中有16条（3.04%）为阳性差异表达cDNA片段。这些差异表达cDNA片段的存在,说明体长差异悬殊的两组大菱鲆之间存在基因表达上的差异。试验结果对于进一步分析各种差异表达基因与大菱鲆的生长性状之间的相关关系奠定了基础;为深入研究大菱鲆的生长发育性状的分子遗传机制奠定了基础。     

苏云金芽胞杆菌杀虫晶体蛋白Cry1Ba结构域Ⅱ中Loops结构与功能关系研究

为了明确杀虫晶体蛋白中各个Loop的结构与功能的关系,以及Loop突变对Cry1Ba蛋白杀虫活性的影响,首先通过三维结构模拟以及同源序列分析的方法,找到Cry1Ba蛋白三个结构域及三个Loop相对应的氨基酸片段:然后通过重叠引物PCR将编码Cry1Ba蛋白结构域Ⅱ中的三个Loop进行了相应的突变,共获得了5个突变体M1(Loop1:340WSNTR344-缺失(Cry1A))、M2(Loop2:402Y-G)、M3(Loop2:400GIYLEP405-PSAV(Cry3A)),M4(400GIYLEPIH407-ILGS(Cry1A)),M5(Loop3:472LQSRV476-AGAVYTL(Cry1A)).将这些突变体在大肠杆菌BL21中进行了诱导表达,提取蛋白,分别对小菜蛾进行了生物活性测定.生测结果表明,Loop1的缺失突变M1的毒力,与Cry1Ba(LC50 0.96μg/mL)相比,显著降低,LC50为35.51 μg/mL;在Loop2的突变中,单个氨基酸的突变M2(Y/G)的毒力略有下降(LC50为1.31 μg/mL);而另两种突变(M3和M4)时小菜蛾的毒力明显下降,LC50值分别为11.56 μg/mL、34.81 μg/mL;Loop3的突变M5对小菜蛾的毒力略有提高(LC50 0.81 μg/mL),但差异不显著.对Cry1Ba蛋白突变前后结构与功能之间关系的分析结果表明,Loop区突变对Cry1Ba蛋白的结构和功能影响非常显著;Loop1和Loop2在决定Cry1Ba对小菜蛾的毒性方面起着重要作用.