毛果杨丝氨酸蛋白酶抑制子PtrSPI的抗虫能力分析

[目的]研究毛果杨丝氨酸蛋白酶抑制子PtrSPI的抗虫功能,为开发新型林木抗虫生物农药奠定基础.[方法]本研究通过研究毛果杨丝氨酸蛋白酶抑制子基因PtrSPI的启动子及其在舞毒蛾幼虫取食胁迫下的表达模式,分析PtrSPI基因功能;利用真核重组蛋白PtrSPI饲喂舞毒蛾幼虫,观察记录幼虫的取食量、体质量和死亡率,并测定取...     

毛果杨半胱氨酸蛋白酶基因PtCP2和PtCP4原核表达及蛋白纯化

【目的】对毛果杨半胱氨酸蛋白酶基因Pt CP_2和Pt CP4进行原核表达及重组蛋白纯化,为进一步研究该基因的酶学特征和生理功能打下基础。【方法】从毛果杨中克隆两个半胱氨酸蛋白酶基因Pt CP_2和Pt CP4,构建其原核表达载体p ET-30a-Pt CP_2及p ET-30a-Pt CP4,并在转入大肠杆菌后在体外诱导表达重组蛋白,采用包涵体洗涤法对目的蛋白进行纯化。【结果】Pt CP_2基因CDS序列全长1107 bp,编码368个氨基酸;Pt CP4基因CDS序列全长1104 bp,编码367个氨基酸。Pt CP_2和Pt CP4基因编码的蛋白均属于RD19A-like类型木瓜蛋白酶。Pt CP_2和Pt CP4基因在毛果杨根、茎、叶中均有表达,其中Pt CP_2在叶中表达量最高,Pt CP4在根中表达量最高。通过包涵体洗涤法在体外得到了高表达量、单一的重组蛋白Pt CP_2和Pt CP4,切除信号肽后蛋白酶大小分别为38.151和38.069 k D。【结论】原核表达获得的纯化重组蛋白Pt CP_2和Pt CP4可用于进一步研究毛果杨半胱氨酸蛋白酶的酶学特征和生理功能。     

家蚕丝氨酸蛋白酶抑制剂BmSPI37的克隆、 表达及微生物诱导分析

【目的】鉴定新的家蚕蛋白酶抑制剂,探讨其在抵御病原微生物入侵方面的功能。【方法】对家蚕蛋白酶抑制剂BmSPI37进行T-A克隆、多序列比对、系统发育树构建、原核表达、RT-PCR时空表达特征及微生物诱导分析。【结果】克隆、表达了1个新的丝氨酸蛋白酶抑制剂,命名为BmSPI37。时空表达特征分析表明,BmSPI37在家蚕5龄幼虫后期表达量很高,而且在中部丝腺中高量表达;在蛹向蛾的变态发育时期,BmSPI37在雌蚕中的表达量显著高于雄蚕。微生物诱导试验表明,BmSPI37在大肠杆菌、黑胸败血菌、球孢白僵菌感染后,强烈上调表达。【结论】推测BmSPI37与防御病原微生物入侵有关。     

褐飞虱丝氨酸蛋白酶抑制剂基因Nlserpin2的克隆及其功能分析

【目的】 克隆鉴定褐飞虱（Nilaparvata lugens）丝氨酸蛋白酶抑制剂基因Nlserpin2,探明其表达模式和生物学功能。【方法】 基于褐飞虱转录组数据,利用PCR技术克隆Nlserpin2全长cDNA序列;利用生物信息学手段分析其核酸和蛋白序列特征;通过实时荧光定量PCR（qRT-PCR）技术检测其在褐飞虱不同发育时期（卵、1—5龄若虫和雌雄成虫）和初羽化雌成虫不同组织（脂肪体、肠道和卵巢）中的表达,以及病原真菌金龟子绿僵菌（Metarhizium anisopliae）侵染褐飞虱5龄若虫不同时间后的诱导表达模式;利用RNAi技术探明Nlserpin2基因沉默对褐飞虱5龄若虫存活率及抵御金龟子绿僵菌侵染能力的影响。【结果】 Nlserpin2 cDNA序列（GenBank登录号：KC355239）全长1 209 bp,编码402个氨基酸,含有serpin蛋白超家族所具有的典型serpin结构域和RCL区,且N端包含一段由27个氨基酸残基组成的信号肽。系统进化树分析表明,Nlserpin2与半翅目其他昆虫的serpin聚为一支,其中与白背飞虱（Sogatella furcifera）serpin亲缘关系最近。qRT-PCR分析表明,Nlserpin2表达具有明显的时空特异性,其在褐飞虱成虫中的表达量显著高于其他龄期,且在雄成虫中表达量最高;卵和低龄若虫（1—3龄）中Nlserpin2的表达量显著低于高龄若虫（4—5龄）,其中3龄若虫期最低;Nlserpin2在褐飞虱雌成虫肠道、脂肪体和卵巢中均有表达,且肠道中表达量显著高于脂肪体和卵巢。金龟子绿僵菌诱导2 d和3 d后Nlserpin2的表达量显著上调,但随着诱导时间的增加,Nlserpin2表达量呈回稳趋势。RNAi分析结果显示,显微注射dsNlserpin2可显著抑制Nlserpin2的表达水平。干扰Nlserpin2后褐飞虱5龄若虫的存活率以及对金龟子绿僵菌侵染的抵御能力均显著降低。与对照组相比,Nlserpin2干扰的褐飞虱在金龟子绿僵菌侵染5 d和8 d后的校正存活率分别下降了28.4%和31.0%,且均达到显著水平。【结论】 Nlserpin2在褐飞虱防御病原真菌侵染过程中发挥重要作用,可作为应用RNAi技术防控褐飞虱的潜在靶标和褐飞虱高毒力病原真菌遗传改良的资源基因。     

昆虫丝氨酸蛋白酶抑制剂在免疫调节中的作用

丝氨酸蛋白酶抑制剂是一类分布广泛的蛋白酶抑制剂超家族,能与体内参与各种调控作用的丝氨酸蛋白酶相互制约,形成一定的动态平衡,调节生物体内许多重要的生命活动。该文就近几年来关于昆虫丝氨酸蛋白酶抑制剂在免疫调节中的研究进展进行综述。     

毛果杨PtAREB1基因启动子的克隆及功能

为了研究杨树ABF2同源基因的表达规律,从毛果杨基因组DNA中克隆出Pt AREB1基因上游一段1 800 bp序列。序列分析结果表明,该序列含有逆境胁迫响应元件TC-rich repeats、ABA应答元件ABRE和茉莉酸甲酯(Methyl Jasmonate,Me JA)应答元件TGACG-motif等胁迫相关元件。在序列分析的基础上,构建了Pt AREB1基因启动子驱动GUS报告基因的植物表达载体,利用农杆菌介导的花粉管通道法获得转基因拟南芥。结果表明Pt AREB1启动子可以在干旱、ABA、盐、Me JA和SA胁迫下,驱动GUS基因在转基因拟南芥的根、茎和叶中表达。说明Pt AREB1基因可能与干旱、高盐等胁迫应答紧密相关。     

小菜蛾磷酸丝氨酸磷酸酶基因的克隆与原核异源表达

【目的】克隆小菜蛾磷酸丝氨酸磷酸酶基因(Plutella xylostellaphosphoserine phosphatase,PxPP),并进行原核异源表达,为小菜蛾抗性机理研究奠定基础。【方法】提取小菜蛾的总RNA,反转录获得总cDNA,采用RT-PCR方法扩增目的基因,将其克隆进T载体并测序,然后将目的基因克隆到大肠杆菌表达载体pET-28a(+)中表达。【结果】目的基因序列分析结果表明,PxPP阅读框全长693 bp,编码230个氨基酸,预测编码蛋白分子质量和等电点分别为25.6 ku和5.82,表达的融合蛋白分子质量为26.9 ku。【结论】成功克隆和表达了小菜蛾磷酸丝氨酸磷酸酶基因。     

丝氨酸蛋白酶研究进展

综述了丝氨酸蛋白酶的结构与功能、蛋白质工程、表达系统和应用。丝氨酸蛋白酶是一类以丝氨酸为活性中心的重要的蛋白水解酶,在生物有机体中发挥着重要而又广泛的生理作用,具有广泛的研究和应用价值。它们的活性部位都含Ser、His、Asp,并具有相同的催化机制。丝氨酸蛋白酶超家族成员执行多种多样的生理功能,在很多致病过程以及细胞内的信号转导等方面起着重要作用。正是由于丝氨酸蛋白酶在结构上的微小变化,从而引起了其在功能上的进化。     

毛果杨腺苷酸合成酶基因ACS-1的克隆和酶学分析

乙酰辅酶A连接酶(ACS)属于腺苷酸合成酶超基因家族,与4-香豆酸辅酶A连接酶(4CL)有着紧密的进化关系。通过对毛果杨数据库中4CL基因的同源检索,克隆获得了毛果杨基因Prt4CL8的序列(命名ACS-1,Genebank登录号XM_002329288.1)。序列分析表明,ACS-1具有ACS的关键残基以及C端末尾的PTS1序列;而4CL的高度保守结构域box Ⅰ和box Ⅱ在该蛋白中不保守。利用PCR技术克隆序列,构建表达载体pET30a,转化大肠杆菌并表达重组蛋白。对其进行酶学活性分析,结果证明该蛋白不能催化4CL常见底物,而对ACS底物乙酸钠具有明显催化活性:K_m为(0.25±0.02)mmol·L^-1;V_m为(8.63±0.63)mmol·L^-1。结果表明,ACS-1是ACS家族成员,为腺苷酸合成酶超基因家族成员的鉴定与功能分析提供了一定的理论基础。     

月季花瓣丝氨酸蛋白酶基因RhSep1的克隆及生物信息学分析

利用RT-PCR技术,从切花月季品种“Samantha”中克隆丝氨酸蛋白酶基因RhSep1.利用生物信息学技术对所得到的丝氨酸蛋白酶RhSep1序列进行结构与功能预测.结果表明:RhSep1基因全长2442 bp,开放阅读框编码769个氨基酸,推定该丝氨酸蛋白酶分子质量为80.48 kD.通过NCBI和MEROPS肽酶数据库等对RhSep1进行Protein Blast,发现RhSep1具有肽酶S8_3家族SA的典型结构域Petidase_S8_3(序列为Tyr-108-Leu-341)和PA_subtilisin_like的结构域(序列为Tyr-348-Ile-474).预测RhSep1可能具有信号肽、明显疏水区和典型跨膜区,同时RhSep1氨基酸序列中存在较多蛋白激酶C和酪蛋白激酶Ⅱ磷酸化位点、豆蔻酰化位点.这些活性位点往往与蛋白的磷酸化、G蛋白相互作用等信号转导事件有关,RhSep1可能存在复杂的蛋白水平调控机制.     

毛果杨中链酰基辅酶A合成酶的克隆及酶学分析

中链酰基辅酶A合成酶(MACS)属于腺苷酸合成酶超基因家族,催化中链脂肪酸与辅酶A结合形成相应的中链酰基辅酶A。本研究通过同源检索毛果杨基因组数据库中的4CL基因,克隆得到毛果杨PtMACS1的基因序列(基因编号:estExt_fgenesh4_pg.c_640066)。通过序列分析可知,Box I和Box II两个在4CL中保守的结构域在该蛋白中并不保守。将PtMACS1与原核表达载体 pET-30a(+) 构建融合表达载体PtMACS1- pET-30a(+),转化大肠杆菌BL21(DE3)后诱导重组蛋白进行表达。镍柱纯化重组蛋白后进行酶学活性分析,研究结果表明该蛋白对中链脂肪酸己酸、壬酸、癸酸显示出明显活性:Kcat分别为(1302.65)、(1933.46)、(2015.51) mol/(minmg),以该蛋白的最适底物癸酸测得该蛋白的最适反应温度为37 ℃,最适反应pH为7.0。该结果表明,PtMACS1属于毛果杨中链酰基辅酶A合成酶家族一员,为后续毛果杨腺苷酸合成酶超基因家族的鉴定及分类分析提供资料。      

毛果杨富含谷氨酸蛋白PtrGARP1基因启动子特性

为了研究PtrGARP1与杨树木质化生长的相关性,明确木材发育及形成的分子机制,以毛果杨幼树为材料,提取各组织的cDNA进行PCR扩增,并构建植物表达载体在模式植物拟南芥中进行PtrGARP1组织表达分析。结果显示,PtrGARP1基因在毛果杨木质化组织内高丰度表达,且表达水平与幼茎木质化程度同步增加;用Gateway技术构建该基因启动子融合报告基因GUS的ProPtrGARP1::GUS植物表达载体,转化野生型拟南芥获得5个稳定表达的转基因株系;GUS活性染色分析显示,PtrGARP1基因启动子活性集中在转基因植株发达的维管组织内。这个结果暗示着PtrGARP1与杨树木质化生长相关,可能参与木材发育及形成。     

毛果杨（Populus trichocarpa）中ZINC-INDUCED FACILITATOR1（ZIF1）同源基因的生物信息学分析

以拟南芥ZIF1基因序列为基础,利用生物信息学软件及网站,找出毛果杨中ZIF1基因同源序列,对其进行生物信息学分析,并与其他物种中ZIF1同源基因序列进行多重比对与进化分析,使用实时荧光定量PCR技术验证毛果杨中ZIF1同源基因在锌胁迫条件下,根和叶中该基因的表达情况。结果预测出4个符合ZIF1基因基本结构特征,且具有与该基因相同保守功能结构域的毛果杨ZIF1同源基因,这4个基因属于稳定蛋白,可能具有信号肽,明显疏水区和典型跨膜区,基因定位在质膜上,实时荧光定量PCR结果表明,锌过量存在时,这4个基因表达上调,且根中最为显著。以上分析为进一步研究林木中ZIF1同源基因奠定了理论和实践基础。     

杨树磷酸肌醇特异性磷脂酶C基因家族鉴定与分析

为了对已测序杨树Populus trichocarpa Torr.Gray中磷酸肌醇特异性磷脂酶C(phosphoinositidespecific phospholipase C,PI-PLC)家族基因进行系统分析,利用杨树基因组数据库,通过生物信息学手段,鉴定杨树PI-PLC家族基因的基因结构、染色体定位和编码蛋白,通过蛋白序列比对进行进化和分类分析。结果表明,杨树中含有7个PI-PLC家族基因,含有8~10个外显子,分布于杨树的4条染色体上。MEME和Pfam保守结构域分析显示,杨树PI-PLC蛋白均含有4个保守的EF、X、Y和C2结构域。蛋白质进化树分析结果表明PI-PLC可分为2个亚家族。     

毛果杨基因PtNRT2.7的功能初步鉴定与分析

本研究从毛果杨基因组中克隆一个NRT2家族的新基因PtNRT2.7。生物信息学分析显示,其编码的蛋白不存在信号肽及切割位点,属于非分泌蛋白;具有11个跨膜结构域,亲水区与输水区交替分布,主要分布于细胞膜,而且该基因的亚细胞定位分析显示该蛋白定位于细胞膜,综合以上结果可判断此蛋白为膜蛋白。对其在毛果杨的表达特征分析显示,PtNRT2.7基因主要在叶片中表达,其中成熟叶中的表达量最高;PtNRT2.7基因受硝酸盐诱导并在1 h时达到表达峰值;SA、JA、GA或IAA激素处理可诱导PtNRT2.7基因表达,而在Eth、ABA或NaCl处理下该基因的表达受抑制。利用农杆菌花序侵染法转化野生型拟南芥和突变体(nrt2.7),显示在KNO3浓度大于0.1 mmol/L时,PtNRT2.7过表达株系相比较拟南芥野生型和突变体株系促进了根的生长,而atnrt2.7突变体在KNO3浓度大于1 mmol/L的条件下抑制了根的生长,且PtNRT2.7过表达atnrt2.7突变体株系可恢复正常生长。研究结果表明,PtNRT2.7可以由硝酸盐和激素诱导并增强植物根系的生长,提高氮素的吸收利用。      

杨树环化酶基因组织表达模式和蛋白定位

半定量RT-PCR显示,毛果杨形成层、幼叶和顶芽中的Potri.006G237100转录产物极低,但在木质部、叶柄和根中其转录水平却较髙,在木质化茎节其转录产物也呈现高丰度积累,这表明Potri.006G237100在毛果杨木质化组织中特异地、高丰度转录表达。实验构建p GWB5-Potri.006G237100载体,转化拟南芥、分子鉴定得到5个过量表达转基因植株,激光共聚焦分析显示融合蛋白Potri.006G237100-GFP定位在转基因植株的细胞质。     

毛果杨 RAV/PLC 基因生物信息学分析

【目的】利用生物信息学手段,对毛果杨(Populus trichocarpa)RAV/PLC基因编码蛋白质结构和特征进行预测。【方法】以PLC(Phospholipases C)为关键字在Phytozome数据库搜索毛果杨磷脂酶C基因序列,以RAV/PLC基因及其蛋白质序列为研究对象,利用多种生物信息学分析工具对其基因结构及蛋白功能进行分析。【结果】在毛果杨PLC编码基因中发现了一个可编码RAV和PLC结构域的特殊基因,该基因在Phytozome数据库中编号为Potri.018G109200,ORF区域长度为1 650 bp,编码549个氨基酸,预测分子量为62.72338 ku,理论等电点为9.16;该基因在茎中表达量最高,芽中表达量其次之根和叶中表达量较低。其编码蛋白包含1个AP2结构域、1个B3结构域和1个PLC-X结构域,AP2/B3结构域和PLC-X结构域之间可能存在一个跨膜区;启动子元件分析表明,RAV/PLC基因可能与光应答及激素应答相关;String软件预测RAV/PLC基因可能与MYB103、WRKY49、ABI5、DXS2存在功能关联;KEGG分析表明,该基因主要与RAV转录因子信号通路有关;同时利用同源建模方法获得了RAV/PLC的完整三维模型。【结论】通过对RAV/PLC基因结构和蛋白功能预测,为该基因克隆及参与信号通路分析提供参考。     

毛果杨全基因组硝酸根转运蛋白家族(NRT2s)序列分析

以拟南芥(Arabidopsis thaliana)和莱茵衣藻(Chlamydomonas reinhardttii)高亲和性硝酸根转运蛋白(NRT2s)为对照,对毛果杨(Populus trichocarpa)NRT2s家族成员进行序列比对、系统发育分析、基因结构分析、理化性质预测、疏水性与跨膜区预测、结构域检测等生物信息学分析。结果表明:毛果杨基因组包含6个NRT2s家族成员并可分为3个亚家族。其中PtNRT2.1、PtNRT2.2和PtNRT2.3属于亚家族I;PtNRT2.4和PtNRT2.5属于亚家族II;PtNRT2.6属于亚家族III。亚家族I保守程度最高,亚家族II和III可能由亚家族I进化而来。所有的NRT2s都具有高度相似的结构域、功能区和基因结构,在不同物种中的进化较为保守。不同的NRT2s成员定位于不同的亚细胞结构中,其具体功能可能存在差异,并共同参与调控杨树的硝态氮平衡。