桑螟胞外铜锌超氧化物歧化酶基因的克隆与融合表达及重组蛋白酶活性检测

桑螟(Glyphodes pyloalis)是蚕区桑园的主要害虫之一,鉴定其抵御各种环境胁迫相关的基因,是制定防治新策略的重要理论依据。对桑螟幼虫转录组数据的分析中,发现桑螟胞外铜锌超氧化物歧化酶(ec Cu/Zn SOD)基因在应对高温胁迫时的表达量发生显著变化。为了明确ec Cu/Zn SOD在桑螟应对不良环境中发挥的作用,克隆和鉴定了其编码基因Gpec Cu/Zn SOD(Gen Bank登录号:MG566057)。Gpec Cu/Zn SOD基因的开放阅读框长726 bp,编码241个氨基酸,编码蛋白质序列与脐橙螟(Amyelois transitella)的一种SOD蛋白基因(Gen Bank登录号:XP_013197347.1)编码氨基酸序列的一致性高达83%。采用邻近相接法构建桑螟与其他昆虫的Cu/Zn SOD系统发生树,结果显示Cu/Zn SOD被分为ec Cu/Zn SOD和ic Cu/Zn SOD两类,主要是随物种进化而进化。采用半定量RT-PCR检测不同温度处理桑螟5龄幼虫的Gpec Cu/Zn SOD基因表达情况,结果显示幼虫体内的Gpec Cu/Zn SOD在高温(40℃)和低温(4℃)条件下表达量最高。构建p Cold-Gpec Cu/Zn SOD重组表达质粒,并在大肠埃希菌中实现异源表达。利用镍柱亲和层析法分离纯化重组Gpec Cu/Zn SOD蛋白,采用WST-1法测定重组Gpec Cu/Zn SOD蛋白在40℃时的酶活性最高,并且经60~70℃处理后仍然具有较高的酶活性。采用牛津杯法分析重组Gpec Cu/Zn SOD的抗氧化活性表明:过表达Gpec Cu/Zn SOD的大肠埃希菌抗氧化的能力显著增强,显示Gpec Cu/Zn SOD具有较强的抗氧化功能。研究结果暗示Gpec Cu/Zn SOD在桑螟应对高温胁迫过程中发挥着重要作用。     

高温条件下桑螟肠道微生物的多样性分析

为研究桑螟(Glyphodes pyloalis Walker)抗逆生理与肠道微生物的相关性,通过16S r DNA高通量测序技术对高温处理前后的桑螟肠道微生物进行测序,研究桑螟肠道微生物多样性及在高温下肠道微生物的变化对其抗逆生理的作用。温度处理试验表明:在桑螟的肠道菌群门水平上,高温处理后的桑螟肠道中没有检测到酸杆菌门,但新增了梭杆菌门、浮霉菌门和软壁菌门;在属水平上,沃尔巴克菌属的丰度增加了26.38%,变化最大;在桑螟肠道优势菌群中,高温处理后变化最显著的为假单胞菌属,其次为普雷沃菌属,而节细菌属、噬纤维素菌属、埃希菌属、吉氏副拟杆菌属在高温处理后丰度下降,说明高温抑制了杆菌的繁殖,促进了其他菌的繁殖。本研究表明,高温处理后,桑螟肠道微生物的多样性和菌群结构发生了明显的变化,这种变化增加了桑螟的抗逆性,使其更好地适应高温环境。     

表达Ⅰ型类人胶原蛋白和脯氨酰4-羟化酶α-蛋白的转基因家蚕品系构建

家蚕丝腺具有高效合成与分泌蚕丝蛋白质的能力,探究利用转基因方法开发家蚕丝腺为生物反应器生产高附加值外源蛋白质的技术途径。将Ⅰ型类人胶原蛋白基因(HCool-Ⅰ)和胶原蛋白羟基化修饰所必需的脯氨酰4-羟化酶α-亚基基因(BmP 4Hα)通过piggyB ac转座子及显微注射方法,同时转入家蚕早期胚胎,在丝素轻链基因fib-L启动子驱动下转入的2个外源基因在家蚕幼虫后部丝腺获得表达。利用反向PCR和生物信息学等方法鉴定、分析转基因家蚕基因组中有19个外源piggyB ac的整合位点,分别位于基因的外显子区域、内含子区域和基因间区,可定位至家蚕的15条染色体上。实时荧光定量PCR检测不同整合位点的转基因家蚕品系幼虫后部丝腺中HCool-Ⅰ基因mRNA转录量存在极显著差异,转录量最高和最低的品系间相差23倍左右;转基因家蚕后部丝腺中BmP 4Hα基因mRNA的转录量比野生型家蚕高出2万多倍。利用SDS-PAGE检测转基因家蚕G3代5龄5 d幼虫的后部丝腺总蛋白质在55 kD和64 kD处分别存在特异性蛋白条带,表明BmP 4Hα和HCool-Ⅰ蛋白已在G3代转基因家蚕丝腺中获得表达。     

桑螟细胞色素P450基因的鉴定及在不同来源样本和杀虫剂诱导下的表达分析

桑螟(Glyphodes pyloalis)是桑树的主要害虫,因其对专用杀虫剂产生了一定抗性,导致防治效果下降。从分子水平研究桑螟对杀虫剂的抗性机制,有利于制定新的防治策略。通过对桑螟中肠转录组数据分析,鉴定了2个细胞色素P450基因CYP9A20和CYP324A19。系统进化分析表明,桑螟CYP9A20和CYP324A19基因均属于CYP3家族,其中CYP324A19基因编码氨基酸序列与同属鳞翅目的稻纵卷叶螟(Cnaphalocrocis medinalis)的同源序列亲缘关系比较近,序列相似度为63%;桑螟CYP9A20基因编码氨基酸序列同样与稻纵卷叶螟的同源序列亲缘关系较近,序列相似度高达80%。以浙江省杭州、湖州和海宁3个蚕区桑园采集的桑螟样本提取DNA,经qRT-PCR分析幼虫中肠的CYP9A20基因表达水平没有明显差异,而CYP324A19基因的表达水平存在显著差异,其中来自湖州、海宁的桑螟样本中该基因的表达量分别为来自杭州的桑螟样本的3.2倍、3.0倍。用15μg/m L辛硫磷和15μg/m L残杀威处理来自湖州的桑螟幼虫24 h后,qRT-PCR检测CYP9A20基因在幼虫中肠中的表达水平无明显变化,而CYP324A19基因的表达显著上调,辛硫磷、残杀威处理后该基因的表达量分别上调4.0倍、7.8倍。研究结果表明,桑螟的2个细胞色素P450基因在进化上出现了不同分歧,从而导致二者在功能上可能存在明显差异,CYP324A19基因可能通过上调表达参与桑螟对杀虫剂胁迫的响应过程。     

利用转基因家蚕丝腺生物反应器生产重组蛋白的应用前景

家蚕丝腺拥有较强合成丝蛋白的能力,通过利用这一能力,使其能够大量生产有价值的蛋白,人们开始引入转基因家蚕,使它能够在丝腺中合成重组蛋白并分泌到蚕茧中。获得的重组蛋白可在生物学、生物技术,和药学领域中得到广泛应用。我们通过控制合成蛋白在丝腺中的定位,在后部丝腺(PSG)中表达重组蛋白使其定位在不能溶解的丝素中,在中部丝腺(MSG)中表达则定位于亲水外层的丝胶层中。本文主要讨论将转基因家蚕丝腺生物反应器作为优良工具,应用于大量生产药用蛋白和在工业化水平生产相关重组蛋白的可能性,以及生产重组蛋白过程中所面临的挑战和未来的应用前景。