芽胞杆菌中重组蛋白分泌表达的优化策略及研究进展

芽胞杆菌属具有良好的蛋白表达和分泌能力,在工业酶的生产中被广泛应用,是理想的工业宿主菌,但实现蛋白分泌表达的普遍高效性还存在许多瓶颈。本文综述了芽胞杆菌的蛋白分泌表达策略,从启动子、信号肽、分泌途径、宿主和培养条件这5个方面总结了提高芽胞杆菌中分泌表达重组蛋白的方法,对芽胞杆菌高效生产工业酶有一定的参考价值,最后展望了优化芽胞杆菌分泌表达的研究方向,各种新型生物技术的发展必将推进芽胞杆菌在分泌表达领域有更深入的应用。     

基于沟眶象属两近缘种不同虫态转录组的气味受体基因鉴定及表达分析

【目的】基于沟眶象属Eucryptorrhynchus两近缘种沟眶象E. scrobiculatus和臭椿沟眶象E. brandti不同虫态的转录组数据进行气味受体(odorant receptor, OR)基因的鉴定及表达特征分析,补充两种象甲的气味受体信息,为之后的功能研究提供理论依据。【方法】从沟眶象(幼虫、蛹和成虫)和臭椿沟眶象(卵、幼虫、蛹和成虫)不同虫态转录组数据库中筛选OR基因序列;基于两种象甲触角转录组数据,对两种象甲筛选得到的ORs进行种间和种内的序列比对;利用最大似然法对两种象甲新鉴定的ORs进行系统发育分析;根据两种象甲不同虫态转录组数据中OR基因的FPKM(fragments per kilobase per million mapped fragments)值对新鉴定的OR基因进行表达丰度分析;利用qPCR检测新鉴定的OR基因在沟眶象和臭椿沟眶象不同发育阶段和成虫不同组织中的表达谱。【结果】从沟眶象和臭椿沟眶象不同虫态转录组数据库中分别鉴定出6和4个OR基因,都具有完整的开放阅读框。根据与触角转录组数据的序列比对结果,从沟眶象和臭椿沟眶象分别新鉴定出4个(EscrOR50-53)和2个(EbraOR46-47)OR基因;在两象甲种间发现了一对可能的同源基因EscrOR53和EbraOR45。系统发育树显示,6个新鉴定的OR蛋白分属于鞘翅目OR亚家族2B和7。结合不同虫态转录组的FPKM数据及qPCR检测的时空表达谱得知,沟眶象3个和臭椿沟眶象2个新鉴定到的OR基因均在成虫的非嗅觉组织中高表达,且在卵、幼虫或蛹期也有表达。【结论】本研究明确了沟眶象和臭椿沟眶象不同虫态转录组中的气味受体基因及其时空表达谱,并且发现两种象甲的生殖器官中可能存在非嗅觉的功能性的ORs,提示其可能在发育的早期阶段就已发挥功能。     

琥珀蚕孵化酶基因AaHE的克隆及启动子活性分析

【目的】琥珀蚕Antheraea assama具有典型的野蚕特征,蚕卵孵化不齐,严重影响琥珀蚕的室内规模化饲养。本研究旨在探究对琥珀蚕卵孵化起关键作用的孵化酶(hatching enzyme)基因及其启动子序列特征,为进一步选择合适的抑制剂或促进剂调节琥珀蚕卵的孵化奠定基础。【方法】采用RACE技术克隆琥珀蚕孵化酶基因的cDNA全长序列,对基因序列进行生物信息学分析;采用qRT-PCR检测琥珀蚕孵化酶基因在琥珀蚕不同发育天数卵中及5龄第3和4天幼虫不同组织(丝腺、马氏管、头、中肠、脂肪体、表皮、血液、精巢和卵巢)中的表达情况;采用染色体步移克隆琥珀蚕孵化酶基因的启动子序列,构建昆虫细胞重组表达载体转染家蚕Bombyx mori BmN细胞,检测琥珀蚕孵化酶基因启动子活性。【结果】获得了琥珀蚕孵化酶基因AaHE(GenBank登录号： KT336227.1)全长cDNA序列,长993 bp,编码294个氨基酸,预测蛋白质分子质量为33.7 kD,理论等电点为5.17。AaHE氨基酸序列含有一个信号肽和一个ZnMc结构域,AaHE是一种含有HExxH锌结合位点的锌依赖性蛋白水解酶,该类酶既是肽酶,同时又是一种消化酶。AaHE在琥珀蚕孵化前的卵及5龄幼虫中肠中特异性高表达,分别与AaHE的肽酶和消化酶的属性相吻合。AaHE启动子核心区存在多个转录因子结合位点,这可能与转录因子参与调节AaHE的表达有关。启动子活性分析表明,AaHE启动子在家蚕BmN细胞中能够启动EGFP基因的表达,具有明显的启动子活性。【结论】AaHE是锌依赖性蛋白水解酶,其启动子核心区存在多个转录因子结合位点。本研究为选择合适的抑制剂或促进剂调节琥珀蚕卵的孵化率提供了参考。     

亚致死剂量吡虫啉胁迫对意大利蜜蜂工蜂嗅觉学习行为的影响及其脑部转录组分析

【目的】分析吡虫啉处理对意大利蜜蜂Apis mellifera ligustica嗅觉学习行为及脑部基因转录的影响,为新烟碱类杀虫剂对蜜蜂的负面影响提供依据。【方法】实验室条件下一次性饲喂意大利蜜蜂成年工蜂含有4 ng吡虫啉的50%蔗糖溶液,以饲喂不含吡虫啉的50%蔗糖溶液为对照,通过伸吻反应(proboscis extension response, PER)行为实验测定其对意大利蜜蜂成年工蜂嗅觉学习行为的影响;收集上述测试的意大利蜜蜂工蜂脑部提取RNA,进行RNA-Seq测序和生物信息学分析,利用实时荧光定量PCR挑选6个差异表达基因(DEGs)检测其在脑部的表达量以验证RNA-Seq测序结果。【结果】一次性饲喂意大利蜜蜂成年工蜂含4 ng吡虫啉的50%蔗糖溶液后,意大利蜜蜂的嗅觉学习能力与对照组(饲喂50%蔗糖溶液)相比显著降低。RNA-Seq测序结果显示饲喂意大利蜜蜂含4 ng吡虫啉蔗糖溶液后,处理组与对照组之间共有123个DEGs［校正后的P值(padj)<0.05)］,包括82个下调DEGs和41个上调DEGs。GO聚类分析发现下调DEGs主要富集在S-腺苷甲硫氨酸依赖性甲基转移酶活性、酸性磷酸酶活性、氧化还原酶活性、蛋白质异二聚化活性等,上调DEGs主要富集在跨膜受体活性、分子传感器活性、神经学系统过程等功能条目。KEGG富集分析显示下调DEGs主要富集在核糖体和溶酶体等细胞器、碳代谢和色氨酸代谢等代谢通路及Toll和Imd信号通路,上调DEGs未富集在KEGG代谢通路。荧光定量PCR结果显示测试的6个DEGs相对表达量变化趋势与RNA-Seq测序结果FPKM(fragments per kilobase million)值变化趋势一致,证明RNA-Seq测序结果可靠。【结论】亚致死剂量吡虫啉胁迫意大利蜜蜂成年工蜂显著降低意大利蜜蜂的嗅觉学习能力,影响意大利蜜蜂脑部免疫解毒等相关基因的表达和酶活性及氧化还原等生物代谢过程;亚致死剂量吡虫啉短时胁迫会刺激意大利蜜蜂的嗅觉感觉过程及神经信号传导过程。     

草地贪夜蛾海藻糖合成酶基因的克隆、时空表达谱及对温度胁迫的响应

【目的】本研究旨在通过克隆草地贪夜蛾Spodoptera frugiperda的海藻糖合成酶(trehalose-6-phosphate synthase)基因SfTPS,分析其在草地贪夜蛾不同发育阶段、不同组织中的表达水平及不同温度胁迫时5龄幼虫中的相对表达量,为进一步探究TPS在草地贪夜蛾生长发育及抗逆应激反应中的功能奠定基础。【方法】运用RT-PCR技术克隆草地贪夜蛾SfTPS的全长编码区,并进行生物信息学分析。运用RT-qPCR技术检测SfTPS在草地贪夜蛾不同发育阶段(卵、1-6龄幼虫、蛹和成虫)、5龄幼虫不同组织(体壁、中肠和脂肪体)中和经短期(2, 4和8 h)高(35℃)低温(10℃)胁迫后5龄幼虫中的表达变化。【结果】克隆获得2 571 bp的草地贪夜蛾TPS cDNA序列,命名为SfTPS(GenBank登录号： MT920672),全长开放阅读框(ORF)长2 481 bp,编码的826个氨基酸具有TPS和TPP两个保守结构域。同源比对和系统进化分析表明,昆虫TPS蛋白具有较高的保守性,SfTPS与斜纹夜蛾S. litura的TPS亲缘关系最近,序列一致性达到99.15%。SfTPS中α-螺旋、β-折叠和无规则卷曲占比分别为38.14%, 12.23%和48.55%;SfTPS的三级结构为同源二聚体。RT-qPCR结果表明,SfTPS在草地贪夜蛾卵期和1-5龄幼虫期低表达,在6龄幼虫期、蛹期和成虫期高表达,且草地贪夜蛾变态前后SfTPS的表达量变化较大。组织分布结果显示,SfTPS在5龄幼虫脂肪体中表达量最高。草地贪夜蛾5龄幼虫经2~8 h低温(10℃)和高温(35℃)胁迫后,SfTPS的相对表达量显著高于对照(25℃),分别为对照的4.43~9.34和2.50~6.03倍。【结论】SfTPS基因在草地贪夜蛾生长发育过程及抵御高低温度胁迫中可能具有重要作用。     

双委夜蛾气味结合蛋白AdisOBP6的原核表达抗体制备及表达谱分析

【目的】本研究旨在对双委夜蛾Athetis dissimilis气味结合蛋白OBP6进行原核表达、抗体制备以及表达谱分析,便于今后对AdisOBP6功能展开研究。【方法】利用生物信息学软件分析AdisOBP6蛋白结构特征;利用通过原核表达获得的重组蛋白4次免疫新西兰大白兔,制备AdisOBP6抗体;采用荧光定量PCR和Western blot技术检测AdisOBP6在双委夜蛾雌雄成虫触角、不同时期精巢以及受精卵和未受精卵中的表达情况。【结果】同源建模预测显示,AdisOBP6具有6个保守半胱氨酸残基和7个α-螺旋结构,并 折叠成一个结合口袋。原核表达结果显示,在20℃下0.5 mmol/L IPTG诱导重组蛋白表达量最多、最稳定。4次免疫重复中,抗体效价分别超过1∶512 000, 1∶512 000, 1∶512 000和1∶64 000。Westernblot检测获得的抗体与AdisOBP6蛋白能够特异性结合。荧光定量PCR结果显示,AdisOBP6在双委夜蛾精巢中的表达量远高于在触角中的,在幼虫期精巢中AdisOBP6就已经开始表达,在蛹期精巢中表达量低于在幼虫期的, 成虫羽化后精巢中的表达量逐渐进入高峰,在未受精卵和受精卵中几乎不表达或表达量极低。Western blot分析发现,AdisOBP6蛋白也主要在精巢中表达,在雌雄成虫触角、受精卵和未受精卵中表达量很低。【结论】本研究实现了AdisOBP6的原核表达,成功地制备了抗体;并证实AdisOBP6在双委夜蛾精巢中大量表达,成虫羽化后表达量达到高峰,推测AdisOBP6可能参与了授精过程。本研究结果为今后进一步研究AdisOBP6的功能奠定了基础。     

乳酸菌作为药物分子粘膜投递载体的研究进展

乳酸菌是被公认为安全的食品级微生物,广泛地应用于食品生产、保存以及作为益生菌促进人类健康。鉴于发展有效的投递药物分子策略的需要,乳酸菌成为了极有吸引力的用于口服、鼻饲及阴道进行粘膜投递药物分子的活载体。用乳酸菌作为药物分子的投递载体,安全性好,且可直接合成并投递目标蛋白,显著降低药物生产成本。到目前为止,乳酸菌作为粘膜投递载体,已成功地向粘膜组织投递了一系列功能蛋白用以治疗多种疾病。文中综述了近20年的数据,重点聚焦乳酸菌作为药物分子投递载体的发展和应用,为今后乳酸菌作为活载体的临床研究提供一定参考。     

黑芝麻多酚氧化酶的重组表达及其酶学特性

为明确黑芝麻多酚氧化酶的酶学性质,利用大肠杆菌Escherichia coli原核表达了黑芝麻多酚氧化酶 (Black sesame polyphenol oxidase,BsPPO)。将合成的基因构建至pMAL-c5x载体,并在大肠杆菌中进行表达,对重组蛋白进行分离纯化及融合标签切除,获得的BsPPO蛋白用于酶学性质探究。结果表明,合成的Bsppo基因1 752 bp,编码585个氨基酸,理论蛋白分子量为65.3 kDa;构建的pMAL-c5x-Bsppo重组质粒在大肠杆菌Escherichia coli BL21(DE3) 中可溶表达了MBP-BsPPO蛋白;酶切去除MBP融合标签后对BsPPO进行了酶学性质研究,结果表明BsPPO的最适温度和pH分别为25 ℃和4.0,在低温和弱酸性环境中有较好的稳定性。短时间低强度的光照和Cu2+可激活BsPPO的活性,Zn2+和Ca2+能抑制其活性。BsPPO可催化单酚、二酚以及三酚类化合物,对l-酪氨酸以及香草酸表现出较高的催化活性,此外BsPPO还对黑芝麻中含有的2-甲氧基肉桂酸、吲哚3-羧酸和根皮素表现出良好的催化活性。研究结果为黑芝麻多酚氧化酶酶学特性的明确奠定了理论基础。     

重组小麦静息巯基氧化酶的表达、酶学特性及其对面包品质的影响

为发展新型面粉改良酶制剂,利用大肠杆菌Escherichia coli原核表达了小麦静息巯基氧化酶(Wheat quiescin sulfhydryl oxidase,wQSOX)。将合成的wqsox基因构建至pMAL-c5x载体,并在大肠杆菌中进行表达,优化蛋白表达条件后对重组蛋白进行分离纯化及融合标签切除,获得的重组wQSOX蛋白用于酶学性质探究以及面包品质改良。结果表明,合成的截短wqsox基因包含1359 bp,编码453个氨基酸,理论蛋白分子量51 kDa;构建的pMAL-c5x-wqsox重组质粒在E.coli Rosetta gamiB(DE3)中可溶表达了重组蛋白MBP-wQSOX,其最佳表达条件为:诱导温度25℃,诱导剂IPTG浓度0.3 mmol/L,诱导时间6 h;利用Xa因子蛋白酶切除了MBP融合标签,亲和层析纯化得到了wQSOX;wQSOX可催化DTT、GSH和Cys氧化,并伴随着H2O2的生成,其中对DTT表现出最高的底物特异性;酶学性质研究发现,wQSOX最适反应温度和pH分别为50℃和10.0,在高温和碱性环境条件下表现出较好的稳定性;每克面粉中添加1.1 U wQSOX能够显著(P<0.05)提高26.4%的面包比容,降低20.5%的面包芯硬度和24.8%的咀嚼性,表现出了较好的改良面包加工品质能力。研究结果对丰富新型面粉改良酶制剂种类以及推动wQSOX在焙烤行业的应用奠定了理论基础。     

子宫内膜癌中的lncRNA-miRNA-mRNA ceRNA网络的整合分析

子宫内膜癌(uterine corpus endometrial carcinoma, UCEC)是危害女性健康的癌症之一,但其发生发展机制尚不完全清楚。基因的异常表达在细胞癌变过程中发挥着重要的作用。本研究利用生物信息学方法对UCEC中异常表达的基因进行网络调控分析,为UCEC的机制研究及预后治疗提供理论依据。首先,利用"limma"包筛选得到差异表达的RNA分子;接着,利用R软件中的"GDCRNATools"包构建lncRNA-miRNA-mRNAceRNA网络;最后,利用DAVID(TheDatabasefor Annotation,Visualization and Integrated Discovery)、R软件中的"survival"包、MCODE(Molecular COmplex Detection)插件、StarBase数据库等对ceRNA网络中的RNA分子进行综合分析。结果显示,在UCEC中,我们鉴定了1 319个mRNA、68个lncRNA及100个miRNA为差异表达的RNA分子。同时,利用这些UCEC中的差异表达RNA分子,成功构建了ceRNA网络,结果表明,HCG11、LINC00958、LINC00667、MAGI2-AS3和AC093010.3可能具有ceRNA的功能。通过进一步对该网络成员的分析,结果发现,该网络中的mRNA分子聚集于内皮细胞增殖、细胞骨架和锌离子结合负调控等生物学过程中。生存分析显示,hsa-miR-449a、LINC00958、PKIA和DPYSL2等19个差异表达的RNA分子与UCEC患者预后显著相关。最后,利用MCODE插件对ceRNA网络进行筛选,共获得一个子网络,其成员分别是LINC00667、hsa-miR-449a、hsa-miR-34a-5p和RECK。该研究结果提示,在UCEC的发生发展中存在lncRNA、miRNA和mRNA的差异表达,并且这些RNA分子之间存在ceRNA网络模式的调控,其中一些关键分子与患者的预后相关,这将为进一步研究与理解UCEC的发病机制及预后提供理论依据。