光滑鳖甲肽聚糖识别蛋白ApPGRP的表达与功能分析

【目的】旨在研究光滑鳖甲Anatolica polita肽聚糖识别蛋白(peptidoglycan recognition proteins, PGRPs)基因ApPGRP表达模式及其对下游免疫相关基因的表达调控,以及重组蛋白ApPGRP与细菌的结合能力。【方法】构建原核表达载体pET-28a-ApPGRP,转化大肠杆菌Escherichia coli BL21(DE3),诱导表达并纯化重组蛋白His-ApPGRP,分别测定其与金黄色葡萄球菌Staphylococcus aureus和肽聚糖(peptidoglycan, PGN)的结合能力。金黄色葡萄球菌S.aureus刺激后,利用qRT-PCR检测光滑鳖甲6龄幼虫体内ApPGRP、抗菌肽基因ApAttacin2和ApAttacin1、防御素基因ApDefensin、丝氨酸蛋白酶基因ApSP和丝氨酸蛋白酶抑制剂基因ApSerpin等免疫相关基因的表达水平;采用RNAi技术沉默光滑鳖甲6龄幼虫体内ApPGRP基因的表达,并利用qRT-PCR分别检测RNAi处理以及RNAi后再用S.aureus刺激时幼虫体内上述基因的表达水平变化。【结果】通过原核表达获得了重组蛋白His-ApPGRP,其具有结合金黄色葡萄球菌和肽聚糖的能力。注射金黄色葡萄球菌后,检测的光滑鳖甲6龄幼虫免疫相关基因(ApSP除外)的表达都显著上调;RNAi沉默光滑鳖甲6龄幼虫ApPGRP后,其他免疫相关基因表达量均显著降低,其响应金黄色葡萄球菌刺激后的表达量也显著低于对照组。【结论】这些结果表明,ApPGRP在光滑鳖甲免疫防御中起着识别外源微生物,激活信号通路并调控抗菌肽表达的作用。     

小菜蛾PGRP-S2基因的克隆表达及功能分析

肽聚糖识别蛋白(peptidoglycan recognition protein,PGRP)对于昆虫来说是一种高度保守的病原识别蛋白。为阐明PGRP-S2在小菜蛾Plutella xylostella抵抗病原微生物过程中的作用,本研究结合RT-PCR和RACE技术克隆得到小菜蛾PGRP-S2基因的cDNA全长序列,命名为PGRP-S2(GenBank登录号:MG570190)。生物信息学分析结果表明,PGRP-S2的开放阅读框为588 bp,编码195个氨基酸;蛋白质预测分子量为21.46 kDa,理论等电点为8.46;编码蛋白具有PGRP超家族保守结构域和酰胺酶结构域,是典型的肽聚糖识别蛋白,包含一条信号肽,不存在跨膜结构;同源序列比对和系统进化树分析表明PGRP-S2与家蚕Bombyx mori的BmPGRP-S 1进化距离最近。利用大肠杆菌Escherichia coli BL21(DE3)高效表达重组蛋白PxPGRP-S2,利用倒置显微镜及平板涂布观察重组蛋白对大肠杆菌E.coli和金黄色葡萄球菌Staphylococcus aureus的作用,结果表明PxPGRP-S2蛋白能够与两种细菌发生结合并凝集细菌,但不具备直接杀菌功能。本研究为进一步研究基于PGRP-S2介导的小菜蛾免疫防御反应提供基础。     

非洲爪蟾中一种长型肽聚糖识别蛋白的克隆与表达分析(英文)

肽聚糖识别蛋白(peptidoglycan recognition proteins,PGRPs)是固有免疫系统中一类重要的模式识别受体。该文首次从两栖类模式生物-非洲爪蟾(Xenopus tropicalis)中克隆得到了一个长型PGRP(XtPGRP-L)基因。XtPGRP-L具有5个外显子和4个内含子的基因组结构,该结构在进化的过程中比较保守。序列比对与系统进化分析显示XtPGRP-L具有保守的酰胺酶活性位点。蛋白质建模显示XtPGRP-L拥有保守的3-D结构。实时定量PCR检测显示,XtPGRP-L在非洲爪蟾胚胎早期不表达,到72h蝌蚪期开始表达。在成体的肝脏、肺、肠和胃高表达。同时,在LPS刺激后,XtPGRP-L在肝脏、肠和胃中呈明显上调表达。结果表明,XtPGRP-L在非洲爪蟾固有免疫系统中可能具有重要的作用。     

昆虫肽聚糖识别蛋白研究进展

在脊椎动物和非脊椎动物中,识别非己是天生免疫反应中的第一步。肽聚糖是细菌细胞壁的必需成分,属于进化上保守的微生物表面病原相关分子模式(pathogen-associated molecular pattern, PAMP),可以被模式识别蛋白(pattern recognition proteins, PRRs)如肽聚糖识别蛋白(peptidoglycan recognition proteins, PGRPs)识别。 在昆虫的天生免疫系统中,有些PGRPs能够利用细菌独有的肽聚糖识别入侵细菌,并将细菌入侵信号传递给下游的抗菌肽(antimicrobial peptide, AMP)合成途径,启动抗菌肽基因的转录及合成;PGRPs对肽聚糖的识别也会启动酚氧化酶原途径的激活,引起黑化反应。有些具有酰胺酶活性的PGRPs可以促进吞噬作用;有些可以抑制抗菌肽合成以减弱过度免疫反应带来的损伤。还有一些PGRPs作为效应因子直接作用于细菌将细菌杀死。本文主要从昆虫PGRPs作为识别受体(recognition receptor)、调节子(regulator)和效应因子(effector) 3个方面进行了综述,并分析了目前PGRPs研究中仍不清楚的问题和未来研究的方向。     

小菜蛾PGRP-SA的体外表达及介导酚氧化酶活力的研究

肽聚糖识别蛋白(Peptidoglycan Recognition Proteins,PGRPs)是可以识别肽聚糖和含肽聚糖的细菌的一类模式识别受体,在介导酚氧化酶级联反应中起着重要的作用。本研究以实验室克隆的小菜蛾Px PGRP-SA(Gen Bank No.EU399240)为基础,RT-PCR克隆了其开放阅读框(ORF),在原核细胞中获得了高效重组表达,利用GST一步纯化的融合蛋白免疫新西兰大白兔,制备了抗血清,滴定效价为1∶51200。Western blot检测表明Micrococcus luteus和Serratia marcescens可以显著提高Px PGRP-SA在小菜蛾血淋巴中的含量。为了检测Px PGRP-SA与酚氧化酶PO的活力关系,本研究将Px PGRP-SA连接到真核表达载体p MT/Bip/V5/His A构建真核表达质粒p MTAPGRP,转染果蝇S2细胞中,获得稳定的细胞系,硫酸铜诱导获得表达后用anti-V5纯化获得重组蛋白Px PGRP-SA。将重组蛋白Px PGRP-SA与M.luteus和S.marcescens分别温育后,可以显著提高小菜蛾血浆中PO的活力。本研究结果阐明了重组蛋白Px PGRP-SA在小菜蛾体PO级联反应中的功能,为进一步研究Px PGRP-SA在小菜蛾体内免疫信号通路中的功能奠定了基础。     

甜菜夜蛾肽聚糖识别蛋白基因SePGRP-SA的克隆及功能鉴定

【目的】本研究旨在阐明甜菜夜蛾Spodoptera exigua幼虫体内肽聚糖识别蛋白(peptidoglycan recognition protein, PGRP)在响应苏云金芽胞杆菌Bacillus thuringiensis(Bt)感染过程中的功能。【方法】利用PCR方法扩增甜菜夜蛾幼虫肽聚糖识别蛋白基因SePGRP-SA全长cDNA;采用qRT-PCR分析SePGRP-SA在甜菜夜蛾不同发育阶段(卵、1-5龄幼虫、预蛹和蛹)及4龄幼虫不同组织(中肠、马氏管、围食膜、脂肪体、血淋巴和表皮)中的表达。通过RNAi技术沉默SePGRP-SA基因72 h后,qRT-PCR检测SePGRP-SA沉默效率及甜菜夜蛾4龄幼虫中肠抗菌肽相关基因(Ceropin, Attacin和Defensin)和细菌载量的变化。RNAi沉默SePGRP-SA 24 h后,以苏云金芽胞杆菌菌株Bt-GS57饲喂甜菜夜蛾4龄幼虫0, 24, 48, 72, 96和120 h,计算幼虫校正死亡率;饲喂甜菜夜蛾4龄幼虫Bt-GS57后0, 24, 48和72 h,利用qRT-PCR检测中肠SePGRP-SA, Ceropin, Attacin和Defensin的相对表达量。【结果】克隆获得甜菜夜蛾SePGRP-SA全长DNA(GenBank登录号：MW265930),开放阅读框长576 bp,编码191个氨基酸,其编码蛋白的预测分子量为21.59 kD。序列分析结果表明,SePGRP-SA具有典型的PGRP和Ami2保守结构域,信号肽为19个氨基酸,为分泌型蛋白;系统进化分析发现,SePGRP-SA与斜纹夜蛾Spodoptera litura的SlPGRP亲缘关系最近,氨基酸序列一致性达91.1%。发育表达谱结果表明SePGRP-SA在甜菜夜蛾4和5龄幼虫、预蛹和蛹中高表达;组织表达谱结果表明,SePGRP-SA在4龄幼虫各组织中均表达,其中以血淋巴中表达量最高。与注射dsEGFP(对照)相比,注射dsSePGRP-SA的甜菜夜蛾4龄幼虫在72 h时中肠SePGRP-SA基因表达量下调了95.26%,Cecropin, Attacin和Defensin表达量显著下调,中肠细菌载量显著升高。注射dsEGFP和dsSePGRP-SA的甜菜夜蛾4龄幼虫饲喂Bt-GS57,72 h时幼虫校正死亡率分别为50.00%和73.33%,表明幼虫对Bt-GS57的敏感性明显增加。甜菜夜蛾4龄幼虫取食Bt-GS57后,中肠SePGRP-SA, Cecropin, Attacin和Defensin表达量在48 h均显著增加,72 h时降低。【结论】Bt侵染能够引起甜菜夜蛾SePGRP SA基因激活抗菌肽相关基因Cecropin, Attacin和Defensin的表达。     

光滑鳖甲肽聚糖识别蛋白的生物信息学分析

[目的]预测光滑鳖甲肽聚糖识别蛋白的结构与功能。[方法]采用生物信息学方法对该基因及其编码蛋白的基本理化性质、疏水性、信号肽、二级结构和亚细胞定位等方面进行预测和分析,同时构建其编码产物的系统进化树。[结果]此蛋白的理论分子量为21.882 k D,包含一个由20个氨基酸组成的信号肽,属亲水蛋白,分泌到胞外发挥作用,可能具有信号转导和响应胁迫与免疫反应的功能,与赤拟谷盗的同源性最高,具有能够与肽聚糖结合的保守的PGRP结构域和一个Ⅱ型酰胺酶结构域。[结论]光滑鳖甲肽聚糖识别蛋白Ap PGRP-FD1基因克隆成功,生物信息学分析及结合蛋白质结构与功能预测可为深入研究ApPGRP-FD1提供理论指导。     

三角帆蚌短型肽聚糖识别蛋白S3基因克隆及表达分析

肽聚糖识别蛋白（PGRPs）是机体先天免疫系统中的重要模式识别受体,研究对三角帆蚌的一种短型肽聚糖识别蛋白进行了克隆与表达分析。研究采用5、3 RACE技术,对高通量转录组测序所得三角帆蚌PGRPS3基因（hcPGRPS3）片段分别进行了5,3末端克隆,经拼接得到hcPGRPS3 cDNA全长序列。采用多种分子生物学软件对hcPGRPS3 cDNA全长序列进行了特征分析,实时荧光定量（qRT-PCR）检测了其组织分布,及经肽聚糖（Peptidoglycan,PGN）和脂多糖（Lipopolysaccharide,LPS）刺激后其在肝胰腺中的基因表达变化。hcPGRPS3 cDNA全长1438 bp,开放阅读框为858 bp,编码285个氨基酸,预测分子量大小为32.3 ku,pH 7.0时的理论等点为7.98。序列中不存在信号肽与跨膜结构。氨基酸序列保守性分析表明,其他物种短型PGRP中,以夏威夷短尾鱿PGRP4与hcPGRPS3同源性最高（51%）。qRT-PCR检测结果显示,hcPGRPS3在性腺及肝胰腺中表达水平较高。经PGN或LPS刺激后,肝胰腺中hcPGRPS3表达水平显著上调,表明hcPGRPS3可能在机体抗菌免疫反应中发挥重要作用。     

革兰阴性菌结合蛋白(Toll/GNBPs)和肽聚糖识别蛋白(PGRPs)在无脊椎动物先天免疫应答中的作用

由于无脊椎动物没有专一的特异性免疫系统,所以先天免疫系统是其抵御外来病原入侵的唯一方式,无脊椎动物的先天免疫系统包括细胞和体液防卫机制,这2种机制可被模式识别受体(PRR s)分子所触发,PRR s可与微生物表面特异的物质识别并结合,通过结合,这些PRR s通过包囊和噬菌作用直接杀死微生物,或者通过丝氨酸蛋白酶级联反应和细胞内免疫信号途径间接引发不同的防御反应以抵御病原微生物。革兰阴性菌结合蛋白(GNBPs)和肽聚糖识别蛋白(PGRPs)作为无脊椎动物先天免疫系统中的一类重要模式识别受体,在识别微生物病原并引发一系列级联反应做出免疫应答过程中起重要作用。本文主要对GNBPs和PGRPs在无脊椎动物中的研究进展及其在先天免疫应答过程中的作用机制进行综述。     

非洲爪蟾短型肽聚糖识别蛋白基因的克隆与鉴定

采用生物信息学方法首次对非洲爪蟾短型肽聚糖识别蛋白(xePGRP-S)基因进行了克隆,并对其在胚胎发育和成年爪蟾各组织中的表达状况进行了分析。xePGRP-ScDNA全长720bp,开放阅读框为549bp,编码182个氨基酸。序列比对显示xePGRP-S与其他物种PGRP-S的序列相似性在42.4%-50.5%之间。RT-PCR显示在非洲爪蟾胚胎发育至3d时可以明显检测到xePGRP-S的表达,之后呈持续性表达,且在所检测的心、肝、脾、肺、肾、肠和胃这7种组织器官中呈组成型表达。       

利用RNAi技术沉默小菜蛾类钙粘蛋白基因

RNA干扰（RNA interference, RNAi）是一种调控基因表达的方法, 其通过体外合成一段与内源靶基因同源的双链RNA（dsRNA）或siRNA, 导入生物体内, 使内源靶基因中同源mRNA降解, 从而达到阻抑基因表达的目的。类钙粘蛋白（cadherin-like protein）是位于昆虫中肠刷状缘膜囊(brush border membrane vesicles, BBMV)上与钙粘蛋白(cadherin)结构相似的物质, 是多种昆虫体内Bt杀虫蛋白的受体。本研究利用基因特异引物通过RT-PCR扩增了小菜蛾类钙粘蛋白基因的2个片段（CAD1和CAD2）, 合成相对应的双链RNA（double-stranded RNA, dsRNA）; 并将dsRNA通过显微注射导入小菜蛾3龄幼虫体内, 测定了不同靶位点、不同剂量、不同检测时间对目的基因mRNA表达量的影响。结果表明: 将70 nL CAD1对应的dsRNA注射到幼虫体内48 h后, 基因表达量显著下降, 72 h后恢复。免疫印迹检测结果表明, 类钙粘蛋白在注射dsRNA 48 h后幼虫BBMV中的含量明显下降。本实验成功实现了小菜蛾类钙粘蛋白基因的沉默, 该体系的成功建立为利用RNAi技术分析小菜蛾及其他鳞翅目昆虫基因的功能提供了参考。     

cDNA sequence analysis of ribosomal protein S13 gene in Plutella xylostella （Lepidoptera： Plutellidae）

Ribosomal protein S 13 gene has been cloned and analyzed in many organisms,but there are few documents relating to insects. In this communication, the full-length cDNA sequence of ribosomal protein S 13 gene in the diamondback moth, Plutella xylostella(Lepidoptera: Plutellidae), was determined by using PCR amplification technique. The features of the ribosomal protein S 13 gene sequence were analyzed and the deduced amino acids sequence was compared with those from other insects. The results of multi-alignment of the amino acid sequences between the diamondback moth and other insect species revealed that this gene sequence is highly conserved in insects. Based on maximum likelihood method, a phylogenetic tree was constructed from 10 different species using PHYLIP software. It showed that nematode is one separate lineage and the five insect speciesbe long to another lineage, whereas those species higher than insects form the third one. The pattern of this phylogenetic tree evidently represented the evolution of different species.     

小菜蛾鞣化激素基因克隆及其功能分析

鞣化激素是调节昆虫表皮骨化和翅膀发育的一种神经激素, 尽管已经在许多不同种昆虫上克隆了鞣化激素基因, 但是关于小菜蛾 Plutella xylostella鞣化激素及其基因的研究至今未见报道。本研究克隆了两个小菜蛾鞣化激素基因Pxbursα和Pxbursβ （GenBank 登录号分别为KF498645和KF498646）全长cDNA, 其序列长度分别为537 bp和360 bp, 与已报道的其他昆虫的鞣化激素氨基酸序列一致性分别为51%~68% 和37%~57%。实时定量PCR分析发现Pxbursα和Pxbursβ均在蛹期表达量高, 而在幼虫期和成虫期的表达量低。以Pxbursα部分序列的双链RNA（dsRNA）饲喂小菜蛾4龄末期幼虫, 发现蛹期Pxbursα的表达受到了显著抑制, 小菜蛾的发育停滞在蛹期而无法正常羽化, 并最终死亡。由此推测, 小菜蛾鞣化激素基因在蛹期的大量表达对其生长发育和羽化具有重要的作用。     

小菜蛾幼虫对不同寄主的取食嗜好性及其适宜性

对不同寄主种类、不同寄主形态和不同寄主饲喂的小菜蛾(Plutella xylostella)幼虫之间的取食嗜好性比较试验表明,小菜蛾幼虫优先取食大白菜、萝卜或菜心幼苗,其次为油菜和甘蓝幼苗,在大白菜与油菜幼苗之间的取食选择比例是93.33%和6.67％;在甘蓝与菜心幼苗之间的取食选择比例是16.67%和83.33%.小菜蛾幼虫的取食嗜好性受饲喂寄主种类的影响,偏食大白菜或菜心幼苗.小菜蛾幼虫选择寄主取食的次序与寄主体内可溶性糖或淀粉含量没有明显关系,但与两者的相对量呈一定的负相关.取食大白菜或菜心幼苗的小菜蛾生长良好,单头取食达0.583～0.637 cm², 单头体重达2.07～2.18 mg, 与取食甘蓝或油菜幼苗的幼虫在取食量、个体发育方面有明显差异.小菜蛾幼虫也喜好取食已经被虫危害过的幼苗.     

Isolation and characterization of Pseudomonas cedrina infecting Plutella xylostella (Lepidoptera: Plutellidae)

The diamondback moth, Plutella xylostella, is one of the most destructive pests worldwide and its management relies exclusively on frequent application of chemical insecticides. Resistance to common insecticides is now widespread, and novel classes of insecticides are needed. Entomopathogenic bacteria and their related products play an important role in the management of this pest. In the present work, one bacterial strain was separated from infected pupae of P. xylostella collected from field and its pathogenicity was evaluated. On the basis of the 16S ribosomal RNA sequencing, BLASTN, and phylogenetic analysis, this bacterial isolate was identified as Pseudomonas cedrina. Oral administration of P. cedrina at levels above 10,000 CFU/ml gave significant mortality to P. xylostella larvae. The pathogenicity was also observed by reduced longevity and fecundity in adult females. However, when live bacterial cells were removed, the cultured broth lost any pathogenicity. In response to the bacterial infection, P. xylostella expressed antimicrobial and stress‐associated genes. A mixture treatment of P. cedrina and Bacillus thuringiensis showed an additive effect on larval mortality of P. xylostella. These results indicated that P. cedrina is an opportunistic entomopathogen without secretion of toxins. Furthermore, the additive effect of P. cedrina and B. thuringiensis provide a new insight to develop new strategy for controlling P. xylostella.     

小菜蛾抑制性谷氨酸受体的RNA干扰

谷氨酸门控的氯离子通道（glutamate-gated chloride channels, GluCls）或抑制性谷氨酸受体（inhibitory glutamate receptor, IGluR）是阿维菌素类药剂（avermectins）主要的作用靶标, 目前人们对于昆虫的IGluR知之甚少。本实验采用RNA干扰（RNAi）技术对小菜蛾Plutella xylostella IGluR的功能进行了初步研究。结果表明： 小菜蛾2龄和3龄幼虫中双链RNA（dsRNA）的最佳注射量分别为50.6 nL和71.3 nL。实时荧光定量（quantitative real-time PCR, qRT-PCR）检测结果表明, 2龄和3龄幼虫在注射dsRNA 36 h和24 h后IGluR基因的转录后水平分别下降了32.67%和49.30%。幼虫发生RNA干扰后对阿维菌素的敏感性结果显示, 注射了IGluR dsRNA的幼虫死亡率显著低于对照。结果说明, 小菜蛾IGluR是阿维菌素的潜在靶标之一, 为进一步阐明小菜蛾对阿维菌素靶标抗性机理奠定了基础。     

不同地理种群小菜蛾的遗传多样性分析

采用水平切片淀粉凝胶电泳方法,分析了北京、河北、云南和武汉4个不同地理种群的小菜蛾的等位酶,得到了3个酶系统（甘油醛磷酸脱氢酶（GPD）、苹果酸酶（ME）和苹果酸脱氢酶（MDH-1,MDH-2和MDH-3）5个基因位点的资料。用Biosys2.0软件计算了不同地理种群的遗传变异指标（N、A、P、H0和He）,结果表明小菜蛾各种群内的基因多样性大于各种种群间的基因多样性（约15倍）,武汉种群小菜蛾的遗传性最大。并计算了遗传距离D和相似性系数,并由此得出聚类图,分析了小菜蛾不同地理种群间的遗传关系。     

小菜蛾羧酸酯酶基因的克隆及其序列分析

利用CODEHOP设计简并引物,通过反转录多聚酶链式反应(RTPCR)克隆小菜蛾Plutellaxylostella抗性种群中抗性相关的羧酸酯酶基因,随机挑取测序5个阳性克隆进行测序,测序结果经过blastx比较,发现所获得的大约420bp的基因片断均为羧酸酯酶基因,与双翅目昆虫蚊子的氨基酸序列同源性达85%以上 。     

Management of diamondback moth,Plutella xylostella (Lepidoptera: Plutellidae) by mating disruption

Abstract Field trials were conducted in China in 2008 and 2009 to evaluate the efficacy of mating disruption (MD) on diamondback moth, Plutella xylostella, in cabbage, Brassica oleracea var. capitata. Effectiveness was positively correlated with the MD dispenser density in the field. A density of 167 MD dispensers per ha produced an average population decrease of about 50% compared to the conventional‐practice field. Significant fewer males were captured in pheromone‐treated and conventional‐practice fields than in the blank control field, but the difference was not significant between the pheromone‐treated and conventional‐practice fields. In addition, fewer eggs and larvae were observed in pheromone‐treated fields. Our results suggest mating disruption coupled with minimal insecticidal supplements is a promising solution for resistance management and control of diamondback moth infestation.