中华稻蝗羧酸酯酶家族基因生物信息学及组织表达特异性分析

目的]对重要农业害虫中华稻蝗(Oxya chinensis)羧酸酯酶(carboxylesterases,Ces)家族基因进行生物信息学分析,并对部分基因的组织表达特性进行研究,为揭示中华稻蝗Ces基因功能及研发新的分子靶标提供依据。方法]基于中华稻蝗转录组数据库,通过关键词搜索获得Ces基因序列,采用生物信息学方法进行比对拼接、氨基酸序列推导和开放阅读框分析,选择全长序列构建系统发育树,采用在线软件分析中华稻蝗Ces氨基酸序列结构、理化性质、信号肽和N糖基化位点等特征。采用实时定量PCR技术,通过ge Norm与Normfinder软件分析4个候选内参基因β-肌动蛋白(β-actin)、延长因子(EF1α)、3-磷酸甘油醛脱氢酶(GAPDH)和核糖体蛋白49(RP49)表达稳定性,筛选中华稻蝗5龄若虫不同组织部位最适内参基因并检测10个羧酸酯酶基因在不同组织部位相对表达量。结果]从中华稻蝗转录组数据库搜索获得Ces基因c DNA片段180个,经筛选获得28个Ces基因全长序列进行生物信息学分析。推导的氨基酸序列与其他昆虫物种的聚类分析结果显示,中华稻蝗28个Ces分布于4个功能簇中,其中A簇直翅目和部分双翅目昆虫α酯酶(20个)、D簇表皮特异酯酶(2个)、E簇β酯酶(4个)和F簇非鳞翅目保幼激素酯酶(2个)。氨基酸序列分析结果显示,中华稻蝗大部分Ces的等电点(p I)均为偏酸性或弱酸性,p I为4.38—6.84,只有3个Ces的p I值偏碱性。中华稻蝗所有的Ces基因都具有N糖基化位点、N端保守的半胱氨酸残基及氧离子洞,信号肽预测结果表明19个Ces具有完整的信号肽;21个Ces具有典型的催化三联体S-E-H,其余7个Ces催化三联体发生了不同的替换。Ge Norm与Normfinder分析结果显示,4个候选内参基因稳定性EF1α=RP49β-actinGAPDH。选择EF1α作为内参基因,RT-q PCR结果显示10个羧酸酯酶基因在7个不同组织部位均有表达,其中OcCesA1、OcCesA6、OcCesA12、OcCesA14、OcCesA18和OcCesA19在中肠和胃盲囊高表达,此外OcCesA6、OcCesA18和OcCesA19还在马氏管高表达,OcCesA2在后肠高表达。OcCesD1在马氏管表达量最高,脂肪体和表皮次之;OcCesE1在胃盲囊表达量最高;OcCesF2在中肠表达量最高。结论]基于中华稻蝗转录组数据库获得28个全长Ces基因,聚类分析结果显示,这些基因分布于4个功能簇中,其中分布于A簇的基因数目相对较多,且多在中肠、胃盲囊和马氏管等代谢解毒器官中高表达。研究结果为Ces基因功能的深入探索和中华稻蝗Ces基因分子靶标研发提供了依据。

Bioinformatics and Tissue-Specific Expression Analysis of Carboxylesterase Genes from Oxya chinensis