白背飞虱酚氧化酶原PPO基因特性及其免疫应答

【目的】酚氧化酶（phenoloxidase,PO）是昆虫体内的免疫蛋白,在昆虫体内起重要的调节作用,主要以无活性的酚氧化酶原（prophenoloxidase,PPO）形式存在。本研究在转录组测序获得白背飞虱（Sogatella furcifera）3条PPO序列的基础上,通过分析白背飞虱体内不同SfPPO的发育和组织表达模式,并进一步抑制SfPPO的表达以及病原菌诱导,探讨SfPPO在白背飞虱体内的生物学功能。【方法】以白背飞虱3条SfPPO序列为研究对象,利用生物信息学方法分析其蛋白结构以及与其他昆虫之间的同源性。并以注射绿色荧光蛋白（green fluorescent protein,GFP）的dsRNA作为对照组,通过注射合成的dsSfPPO后采用实时荧光定量PCR（qRT-PCR）检测基因表达抑制效果;此外,为了探究SfPPO在白背飞虱生长发育和免疫应答方面的作用,利用qRT-PCR检测SfPPO在不同发育阶段及组织中的表达情况,以及注射大肠杆菌（Escherichia coli）和枯草芽孢杆菌（Bacillus subtilis）后3个SfPPO的诱导表达情况。【结果】SfPPO1、SfPPO2-1、SfPPO2-2的开放阅读框长度分别为2 079、999、2 070 bp,分别编码692、332、689个氨基酸,预测蛋白分子量分别为79.84、37.67、79.53 kD,等电点分别为6.43、9.56、6.20。生物信息学分析表明,白背飞虱的3个PPO蛋白具有较高的同源性,且与褐飞虱（Nilaparvata lugens）的亲缘关系最近;SfPPO1、SfPPO2-1、SfPPO2-2均在成虫第3天表达量最高,其中SfPPO2-1和SfPPO2-2的发育表达模式相似;SfPPO1和SfPPO2-1在表皮和脂肪体内表达量较高,而SfPPO2-2在翅和脂肪体内表达量较高,在头、足、中肠、马氏管中表达量相对较低;与注射dsGFP组相比,注射靶标基因的dsRNA后都能够显著沉默目的基因的表达,而且当SfPPO2-1表达被沉默后,SfPPO1出现显著高表达,说明不同的PPO之间可能具有补偿功能;大肠杆菌诱导后12 h,SfPPO2-1和SfPPO2-2表达量显著升高,SfPPO1表达量则在诱导24 h后显著升高;枯草芽胞杆菌诱导24 h后,SfPPO1、SfPPO2-1和SfPPO2-2表达量均显著升高。【结论】SfPPO1、SfPPO2-1、SfPPO2-2的表达存在组织和龄期特异性,且在不同菌诱导情况下存在免疫应答差异性。研究结果有助于更加全面、深入地探索白背飞虱酚氧化酶在调控昆虫发育及免疫中的潜在分子机理。     

Functional characterization of Farfantepenaeus californiensis, Litopenaeus vannamei and L. stylirostris haemocyte separated using density gradient centrifugation

Haemocytes from penaeid shrimp (Farfantepenaeus californiensis, Litopenaeus vannamei and L. stylirostris) were separated using a discontinuous Percoll gradient. Shrimp haemocytes were spontaneously adhered to glass, allowing slide preparations for staining and microscopic differential counting. Like other crustaceans, shrimp has three main populations differing in presence and size of cytoplasmic granules and each population seems to be biochemical or functionally compromised. Prophenoloxidase (proPO )activity was mainly located in large granules haemocytes (75%) while the small granules cells participate with 25%, but seem to be responsible for encapsulation. Haemocyte discrimination ability was tested using Sephadex? (Seph?), DEAE‐Seph? and CM‐Seph?. Only DEAE‐Seph? was encapsulated by shrimp haemocytes and provoked the release of proPO activating system, indicating the role of particle charge in the activation of shrimp immune response.     

口虾蛄proPO基因全长cDNA的克隆与组织表达

口虾蛄是海湾底拖网渔业中具有重要经济价值的种类,分布广泛.其自然资源日渐衰退,人工育苗技术获得成功后,口虾蛄养殖过程中病害问题及其防治应引起足够的重视.为此,拟通过分子生物学手段研究口虾蛄免疫系统的核心酶——酚氧化酶(PO)的分子结构及该基因的组织表达,从而在分子水平上深入探究其免疫机理.采用反转录PCR(RT-PCR)与cDNA末端快速克隆(RACE)技术从口虾蛄血细胞中克隆了酚氧化酶原(O-proPO)基因,cDNA全长为2436bp,其中开放阅读框为2142bp,编码713个氨基酸.预测分子量为82446Da,等电点(pI)为8.78.该基因与Genbank上登录的斑节对虾、凡纳滨对虾、罗氏沼虾、短沟对虾、日本对虾proPO基因序列具有较高的同源性,分别为82％、76％、76％、72％、70％.序列分析表明O-proPO为proPO家族中的一个成员,其氨基酸序列中含有多个免疫调节作用位点.系统进化分析显示O-proPO与十足目种类的proPO为同一分支的2个亚群,而后于丰年虫的proPO形成一分支.O-proPO基因表达具有组织特异性,在血淋巴和肠中表达,但在血淋巴中表达量明显高于肠.     

褐飞虱两个酚氧化酶原基因的特性及细菌诱导后的表达分析

为探讨褐飞虱Nilaparvata lugens（Stål）酚氧化酶原基因的发育表达模式及生物学功能,利用转录组数据和RACE方法获得两条褐飞虱酚氧化酶原基因NlPPO1（GenBank No.：ALE32751）和NlPPO2（GenBank No.：ALE32752）全长序列,褐飞虱NlPPO1全长为2316 bp,CDS编码区为2073 bp,编码690氨基酸;NlPPO2全长为2738 bp,CDS编码区为2100 bp,编码699氨基酸。通过实时荧光定量PCR方法检测NlPPO的发育表达模式及注射细菌诱导后NlPPO的表达量变化。发育表达模式结果显示,NlPPO1和NlPPO2在肠中都有较高的表达水平,而NlPPO1在表皮细胞表达量最低,NlPPO2在脂肪体表达量最低;在5龄幼虫阶段NlPPO1随时间增加表达量增加,NlPPO2表达量则维持相对较高水平;在成虫阶段NlPPO1表达量维持在较低水平,NlPPO2随时间增加表达量降低。注射大肠杆菌诱导NlPPO结果表明,诱导24 h后,NlPPO1表达量显著升高,NlPPO2表达量变化差异不显著;注射枯草芽胞杆菌诱导NlPPO结果表明,诱导24 h后,NlPPO1和NlPPO2表达量都显著升高。研究结果显示褐飞虱NlPPO1和NlPPO2的发育表达模式存在差异,对不同菌诱导免疫应答也存在差异,暗示二者具有不同的生物学功能。该结果为进一步探索酚氧化酶原在褐飞虱对病原菌的免疫响应机制奠定基础。     

中国明对虾酚氧化酶原基因cDNA的克隆与表达特征

利用3′和5′RACE技术从中国明对虾血细胞中克隆了一个酚氧化酶原基因FCproPO,FCproPO基因cDNA全长为2311bp,其中开放阅读框2061bp,编码687个氨基酸,预测分子量为78.71ku。推测的序列与凡纳滨对虾同源性为84%,与日本囊对虾同源性为71%。RT-PCR实验结果表明,FCproPO在血细胞中的相对表达量最高,在心脏和精巢中几乎不表达。序列分析发现FCproPO含有两个保守的铜离子结合位点;进化分析发现FCproPO与斑节对虾、日本囊对虾、凡纳滨对虾等海水虾的酚氧化酶原亲缘关系最近。该基因在被鳗弧菌和对虾白斑病毒(WSSV)感染后的对虾肝胰腺中的表达量显著增加,并具有不同的时空表达趋势,提示中国明对虾FCproPO基因在免疫反应中具有重要作用。     

家蚕胚胎各发育时期酚氧化酶原基因的转录活性分析

酚氧化酶在昆虫体液免疫反应中起着非常重要的作用。利用GenBank上登录的家蚕酚氧化酶原基因的cDNA序列设计特异引物．通过半定量RT—PCR技术检测了家蚕胚胎各发育时期（从未受精卵到产卵后第9d）酚氧化酶原基因的转录活性,发现该基因的转录表达具有时空特异性。我们的试验结果为进一步研究家蚕酚氧化酶原基因的功能提供了新的线索。     

克氏原螯虾酚氧化酶原mRNA组织分布特性研究

酚氧化酶原系统是甲壳动物体内与免疫相关的重要功能系统之一,对于甲壳动物的防御反应具有重要作用。本研究针对克氏原螯虾酚氧化酶原基因保守序列设计引物,利用实时荧光定量PCR法对克氏原螯虾酚氧化酶原mRNA的组织分布进行了初步研究。结果表明,克氏原螯虾酚氧化酶原基因在血淋巴、肝胰腺、卵巢和精巢中转录水平较高;在肌肉、表皮和鳃中有较弱表达;而在肠和胃中几乎无表达。此种组织表达特性可能与酚氧化酶原基因在机体生命活动过程中的功能有关。     

Protective effect of melatonin administration on abamectin-induced immunotoxicity in Spodoptera litura (Insecta: Lepidoptera)

In vertebrates, many studies verified the immunomodulatory effect of melatonin in various tissues. Its exact role in lower organisms like insects has been very sketchy. The present study deals with understanding the immunomodulatory effect of melatonin in pesticide exposed insects. Total hemocyte count, Differential hemocyte count, Prophenoloxidase activity, and nodulation mechanism at different time intervals were studied. Results showed the abamectin results in significant increase (p < 0.01) in haemocytes numbers at 6, 48, and 72 h. Abamectin toxicity was counteracted by melatonin, with decreasing the hemocytes at 2, 4, and 12 h. Prophenoloxidase activity and protein content (p < 0.001) at 48 and 72 h of Melatonin + abamectin were slightly decreased. There was a significant decrease in nodule formation in 12–24 h in melatonin treated groups and it was clearly visible at 6 h. Increased Prohemocytes, Plasmatocytes, and Oenocytoids numbers decline in melatonin treatment. Melatonin treatment increased the survival rate on pesticide exposed insects. Results suggest that melatonin exposure significantly reduces the toxicity in pesticide exposed larvae which in turn brings back immunological profile in a time dependent manner.