中华齿刺甲抗冻蛋白基因的克隆及温度对其表达的影响

中华齿刺甲Oodescelis chinensis隶属于鞘翅目拟步甲科,仅分布于我国新疆的荒漠和半荒漠地区,为中国特有种,属于少见的耐冻昆虫。目前尚不清楚中华齿刺甲是否含有抗冻蛋白基因。采用TRIzol法提取中华齿刺甲的总RNA,根据同源序列设计引物,RT-PCR扩增,获得了若干中华齿刺甲抗冻蛋白基因的c DNA(Ocafp)。测序结果表明,Ocafp编码的抗冻蛋白(Oc AFP)序列具有拟步甲科昆虫抗冻蛋白的典型结构特征,即含有数量不等的重复单位:TCTXSXXCXXAX(X代表任意氨基酸),但在保守基序TCT中存在多种不同类型的变异,这种较高的序列变异性可能与中华齿刺甲生活在土壤表层,适应环境温度的较大变化有关。实时荧光定量PCR测定Ocafp在不同温度下的相对表达水平,结果显示,-4℃、5℃、42℃都能诱导Ocafp的上调表达;而40℃则抑制Ocafp的表达。实验结果表明,耐冻昆虫中华齿刺甲也含有抗冻蛋白基因,其编码的氨基酸序列的变异性高于已发表的避冻甲虫的抗冻蛋白。中华齿刺甲抗冻蛋白基因的表达不仅受低温诱导,也受42℃高温诱导,提示Oc AFP可能还具有非抗冻功能。

中华齿刺甲和黄粉虫抗冻蛋白基因3'-UTR序列的克隆及其差异性比较

真核基因的3’-非翻译区(untranslated region,UTR)对转录后调控具有重要作用。抗冻蛋白(antifreeze protein,AFP)是变温生物抵御环境低温胁迫的重要物质。昆虫抗冻蛋白基因3’-UTR的序列变异性可能与昆虫的环境适应性相关,为验证这一假设,通过3’-末端快速扩增法(3’-RACE)克隆了生境条件极端差异的拟步甲科昆虫中华齿刺甲(Oodescelis chinensis)和黄粉虫(Tenebrio molitor)成虫及幼虫的抗冻蛋白基因(afp)的3’-UTR,并进行序列比较。结果表明,通过克隆获得两种昆虫的众多afp 3’-UTR c DNA序列。生境条件单一的黄粉虫afp 3’-UTR的长度几乎没有变异,变异系数为零,序列一致性达90%以上,而野生昆虫中华齿刺甲的afp 3’-UTR序列在长度和组成上变异巨大,长度变异系数为0.26~0.32,序列一致性只有29%。黄粉虫afp3’-UTR序列含有两个AAUAAA多聚腺苷酸化信号和两个富U/GU元件;中华齿刺甲afp 3’-UTR一般仅含一个AAUAAA信号和一个富U/GU元件,有些序列没有可识...