保幼激素环氧水解酶基因在蠋蝽滞育过程中的表达模式及其功能研究

保幼激素(juvenile hormone,JH)缺乏是引发昆虫生殖滞育的主要原因,保幼激素环氧水解酶(JHEH)作为JH的主要降解酶,通过调控JH滴度水平在昆虫滞育中发挥重要作用。为研究JHEH在蠋蝽生殖滞育中的调控功能,克隆获得了蠋蝽JHEH基因(AcJHEH),该基因编码452个氨基酸,具有典型环氧水解酶结构特征,无跨膜结构域,存在1个信号肽位点。同源性及系统进化分析结果表明,AcJHEH在不同物种间具有较高保守性,与茶翅蝽(Halyomorpha halys)的JHEH相似性较高,达65.46%。利用RT-qPCR技术测定了AcJHEH在蠋蝽不同组织及滞育不同时期的表达量,发现AcJHEH表达量在滞育诱导期先下降后升高,滞育诱导20 d时表达量最低;滞育初期(诱导40 d)表达量最高,滞育维持期(诱导50~60 d)的表达量稳定在较高水平,与成虫初羽化时水平接近。AcJHEH在滞育蠋蝽的头部表达量最高,其次是中后肠和脂肪体,在卵巢中表达量最低。利用RNAi敲降蠋蝽初羽化成虫的JHEH基因表达后,雌虫体内的卵黄蛋白原(vitelliogenin,Vg)基因表达量上升,卵黄沉积明显,推测滞育诱导期高表达的JHEH基因可能通过抑制Vg基因的表达,抑制卵黄蛋白沉积和卵巢发育,从而促进蠋蝽的生殖滞育。本研究结果为解析JHEH在生殖滞育中的调控作用提供了参考依据。

绿豆环氧水解酶催化对硝基苯乙烯氧化物的对映归一性水解

利用绿豆环氧水解酶催化(R,S)-对硝基苯乙烯氧化物水解,产物(R)-对硝基苯乙二醇的产率超过常规酶促拆分的极限产率(50%),表明发生了对映体会聚.采用绿豆粉剂和粗酶制剂考察了不同条件下的生物催化反应,结果表明,添加吐温-80作为分散剂对反应有促进作用.对该酶的固定化进行了初步研究,发现酶经硅藻土吸附固定化后稳定性显著增加.在克级规模制备实验中,产物的总产率达73.3%;产物经一步重结晶,得到了光学纯度大于99%的(R)-对硝基苯乙二醇.

小麦吸浆虫保幼激素酯酶和保幼激素环氧水解酶基因的克隆及在滞育和变态发育过程中的表达动态

【目的】保幼激素(juvenile hormone, JH)在小麦吸浆虫Sitodiplosis mosellana滞育诱导及滞育后静息状态的维持中发挥着重要作用。保幼激素酯酶(hormone esterase, JHE)和保幼激素环氧水解酶(juvenile hormone epoxide hydrolase, JHEH)是调控JH滴度的重要降解酶。本研究旨在探讨JHE和JHEH在小麦吸浆虫滞育和变态发育中潜在功能。【方法】通过RT-PCR和RACE技术从小麦吸浆虫滞育前幼虫克隆JHE和JHEH全长cDNA序列;利用生物信息学软件分析其核苷酸及编码蛋白特性;采用qPCR技术分析其在小麦吸浆虫滞育不同时期(滞育前、滞育期、滞育后静息期和滞育后发育)3龄幼虫及1龄幼虫到成虫不同发育阶段(1-2龄幼虫、预蛹、初蛹、中蛹、后蛹、雌成虫和雄成虫)中的表达水平。【结果】克隆获得了cDNA全长分别为3 102和1 980 bp的小麦吸浆虫SmJHE和SmJHEH基因(GenBank登录号分别为MG876768和MG876769),其开放阅读框分别长1 740和1 371 bp,分别编码579和456个氨基酸,预测蛋白分子量分别为65.67和51.65 kD。SmJHE蛋白含有5个JHE家族特有的保守模块,SmJHEH含有催化三联体Asp228, Asp404和His431及组成阴氧离子洞的两个Tyr(Tyr299和Tyr374)和HGWP花样结构。序列比对和进化分析表明,SmJHE和SmJHEH均与双翅目(Diptera)长角亚目(Nematocera)昆虫同源蛋白氨基酸序列一致性较高,亲缘关系最近。不同滞育时期的表达模式表明,SmJHE和SmJHEH在滞育前期(1龄到滞育前的3龄幼虫早期)表达量变化不明显,进入滞育后表达量基本维持恒定,但均在滞育后静息阶段的当年12月至翌年1月最低。发育表达模式表明,幼虫恢复发育后SmJHE表达量逐渐升高,预蛹期达到最高,在雌成虫中的表达量显著低于雄成虫中的;SmJHEH表达量则在预蛹期最低,在雌成虫中最高。【结论】SmJHE和SmJHEH参与小麦吸浆虫滞育调控,其表达量的降低与滞育后静息阶段JH的累积有关;SmJHE在发育过程中表达量的升高可能参与幼虫到蛹的变态,表达量的降低可能与生殖发育有关。

棉铃虫保幼激素环氧水解酶基因的克隆及其原核表达

通过兼并引物PCR结合RACE技术,克隆了棉铃虫Helicoverpa armigera(Hbner)保幼激素环氧水解酶(juven-ile hormone epoxide hydrolase,JHEH)的基因,该基因的开放阅读框为1389bp,编码463个氨基酸。预测蛋白分子量为52kD,等电点为6.39。N末端存在由20个氨基酸组成的疏水性信号肽序列,存在组成JHEH催化三联体的氨基酸Asp(227)、Glu(403)和His(430)以及组成阴氧离子洞的氨基酸Tyr(298)、Tyr(373)和HGWP花样结构。其氨基酸序列与其它鳞翅目昆虫有很高的同源性。在大肠杆菌中表达JHEH基因的编码区,Western blot结果表明,棉铃虫JHEH已被成功表达。利用该基因序列可以在分子水平上研究棉铃虫JHEH基因的时空表达情况,进一步研究保幼激素(juvenile hormone,JH)的代谢途径及其功能。

环氧水解酶在不对称合成中的应用

环氧水解酶是一种普遍存在于生物体内的酶,它能选择性水解环氧生成相应的手性二醇。这种酶在催化反应中通常显示出十分高的对映立体选择性,生成高光学活性的环氧和二醇。近年来国际上采用微生物来源的环氧水解酶对环氧底物进行不对称水解,然后再通过酸处理未开环的环氧化物“一锅法”高产率、高选择性的生成单一构型的手性二醇。这一新发展为这种酶在精细合成工业上的运用开辟了广阔的前景。

环氧水解酶催化合成(R)-和(S)-普萘洛尔

利用筛选到的一株具有环氧化物水解酶活力的酵母菌ECU1040的冻干细胞,对缩水甘油萘基醚的生物催化拆分进行了研究,发现酵母菌ECU1040的冻干细胞能够选择性地水解缩水甘油萘基醚的(S)-对映体,产生(S)-型二醇和(R)-型环氧.在拆分的过程中发现,不同的底物与细胞的质量比会影响产物(R)-型环氧的最终光学纯度,在一定范围之内随着二者比例的提高,底物的最终光学纯度有所提高.在上述研究的基础上,利用(R)-型环氧和(S)-型二醇分别合成了(R)-和(S)-普萘洛尔.

绿豆环氧水解酶在硅基介孔材料上的固载及催化性能

从绿豆中提取粗酶并优化,活性测定反应条件,结果表明,在40℃、pH=7的条件下,酶反应活性最高。将来源于绿豆的环氧水解酶固载于多种硅基介孔材料上,考察了多种因素对固定化酶活性的影响。研究发现,以大孔径、表面疏水性的材料作为载体,采用共价方法固载酶,可以得到较高的酶固载率,同时固载酶表现出较高的催化反应活性,并且可以循环使用多次。

菜豆环氧水解酶归一性水解间硝基环氧苯乙烷的研究

旨在研究菜豆环氧水解酶PvEH2对映归一性水解外消旋(rac-)间硝基环氧苯乙烷(mNSO)的特性,为制备光学纯(R)-间硝基苯乙二醇(mNPED)提供优良的生物催化剂。构建表达有重组PvEH2的工程菌E.coli/pveh2。以rac-mNSO为底物,借助手性色谱法分析E.coli/pveh2全细胞的EH活性和区域选择性。基于有机助溶剂种类和剂量对酶活性的影响,筛选并优化缓冲液/助溶剂反应体系。结果显示,在菜豆植株中,PvEH2基因的转录水平可能受体外环境诱导因素的影响。E.coli/pveh2的EH活性为15.4 U/g,水解反应的区域选择性系数αS和βR分别为90.3%和96.4%。在经过筛选优化的含有5%(V/V)丙三醇的磷酸干细胞盐缓冲液中,最高底物浓度为40 mmol/L,是原缓冲液体系的4倍。当反应至12 h时,所得(R)-mNPED的光学纯度eep及产率分别为84.9%和90.2%。E.coli/pveh2或PvEH2在水解rac-mNSO中表现出优秀的区域选择性,在制备光学纯(R)-mNPED中具有较好的应用潜力。

棉蚜保幼激素环氧水解酶基因克隆及表达初步分析

保幼激素环氧水解酶(Juvenile hormone epoxide hydrolase,JHEH)在保幼激素(Juvenile hormone,JH)的代谢途径中起重要的降解作用。为初步分析JHEH在棉蚜(Aphisgossypii Glover)生长发育中可能存在的功能,本研究通过转录组测序并结合RACE技术,克隆AgosJHEH基因,其开放阅读框为1401 bp,编码466个氨基酸,预测蛋白质分子量为52.6kDa,等电点8.19。N末端存在由20个氨基酸组成的疏水性信号肽序列,存在催化三联体Asp(230)、Glu(408)、His(437)氨基酸残基以及阴氧离子洞Tyr(304)、Tyr(378)和HGWP花样结构氨基酸残基,与豌豆蚜氨基酸序列有很高的同源性。RT-qPCR结果表明AgosJHEH在棉蚜无翅若虫3、4龄表达量显著低于其他龄期,在无翅成虫中各生命时期没有显著差异,有翅成虫腹部显著低于翅中的表达量。本研究首次对AgosJHEH进行结构分析及功能预测,为深入理解其对棉蚜JH滴度的调控机制及开发新型杀虫剂奠定基础。

七星瓢虫保幼激素环氧水解酶基因克隆及表达分析

保幼激素(juvenile hormone, JH)可以调控昆虫滞育,保幼激素环氧水解酶(juvenile hormone epoxide hydrolase, JHEH)是调节保幼激素代谢的关键酶之一。为探索JHEH在七星瓢虫Coccinella septempunctata L.滞育中的调控作用,利用RT-PCR和RACE技术克隆获得七星瓢虫JHEH全长基因,命名为Csjheh(GenBank登录号:MH932586),该基因cDNA全长2 077 bp,开放阅读框(ORF)1 380 bp,编码459个氨基酸,预测蛋白质分子量为51.39 kD,理论等电点(pI)为8.79。疏水性分析结果显示该基因具有典型环氧水解酶的N末端疏水结构。氨基酸序列比对结果表明,Csjheh与中欧山松大小蠹、赤拟谷盗、丽蝇蛹集金小蜂、内华达古白蚁保幼激素环氧水解酶同源性达到64.24%。利用实时荧光定量PCR技术研究其时空表达模式,结果表明Csjheh基因在七星瓢虫成虫初羽化阶段表达量较高,滞育诱导条件下表达量呈先下降后上升的趋势,滞育60 d时与初羽化阶段接近。本研究结果对揭示JHEH参与JH的调控作用,进而调控昆虫滞育提供了理论参考。

巨大芽胞杆菌环氧水解酶的固定化及其催化性能

考察了多种载体对巨大芽孢杆菌ECU1001环氧水解酶的固定化.以大孔DEAE-纤维素离子交换树脂为载体时,固定化酶的活力回收达70%.进一步考察了温度和pH对固定化酶活力的影响,并使用该固定化酶进行了缩水甘油苯基醚对映选择性水解批次反应.结果表明,在较低的底物浓度下该固定化酶的稳定性较好,10批反应后仍然剩余72.4%的活力.

环氧水解酶的结构基础及新酶开发

环氧水解酶能应用于外消旋环氧化物的动力学拆分或对映归一性水解制备光学纯的环氧或邻位二醇,具有广阔的应用前景。近年来,多个环氧水解酶晶体结构的报道使人们对它的结构基础有了更深入的理解。随着基因信息的增长,分子生物学和蛋白质工程技术的发展大大简化了大量克隆表达多样性环氧水解酶的过程,降低了环氧水解酶分子改造的难度,为新型具有工业应用潜力的环氧水解酶的开发提供了技术支持。本文综述了环氧水解酶的结构与机制以及近年来环氧水解酶重组表达及分子改造的研究进展。

绿豆总RNA的分离及环氧水解酶基因的克隆

目的研究分离绿豆总RNA的方法,并从中克隆环氧水解酶基因。方法采用UNIQ-10柱式法、Trizol法和改良Trizol法等3种方法分离绿豆种子、胚芽和豆芽总RNA,鉴定RNA的产率、纯度及完整性,根据环氧水解酶的保守序列扩增绿豆环氧水解酶基因。结果 UNIQ-10柱式法分离的RNA降解,Trizol法获得的RNA有杂质污染,改良Trizol法得到的RNA产率、纯度及完整性最好;RT-PCR后仅从绿豆胚芽中成功扩增到环氧水解酶基因保守序列。结论改良Trizol法简便易行,能有效地去除多糖、多酚等次生物质的干扰,最适于绿豆胚芽总RNA的分离。

斜纹夜蛾保幼激素环氧水解酶基因的克隆和原核表达

为分析斜纹夜蛾(Spodoptera litura)保幼激素环氧水解酶(Juvenile hormone epoxide hydrolase,JHEH)基因在其生长发育过程中的功能,采用反转录聚合酶链式反应(RT-PCR)扩增SlJHEH基因的开放阅读框,并进行原核表达。SlJHEH基因开放阅读框为1 389 bp,编码462个氨基酸,预测蛋白质分子质量为52 ku,等电点为8. 68。氨基酸序列存在催化三联体Asp226、Glu402和His429氨基酸残基及阴氧离子洞Tyr297、Tyr372和HGWP花样结构氨基酸残基。系统发育树分析结果表明,Sl JHEH与棉铃虫(Helicoverpa armigera) JHEH亲缘关系最近,氨基酸序列同源性高达78%。将SlJHEH的编码区连接到原核表达载体p ET32a上,成功构建了重组载体pET32aSlJHEH,转入大肠杆菌BL21(DE3)感受态细胞中进行诱导表达。对表达产物进行SDS-PAGE和Western blotting检测,结果显示,斜纹夜蛾JHEH基因在大肠杆菌中得到高效且准确的表达。

毛白杨环氧水解酶的异源表达及其在催化拆分手性环氧化物中的应用

对已公布的全基因组进行检索发现,杨树(Populus tomentosa)至少含有24个预测为可溶性环氧水解酶的基因.从中选取了7个可能的环氧水解酶基因进行克隆,通过扩增得到其中5个毛白杨(Populus tomentosa Carr)环氧水解酶基因.序列分析显示,它们与已克隆的巨大芽胞杆菌环氧水解酶的同源性仅为24%～26%.对该系列基因进行了在E.coli中的异源表达,并将得到的5个环氧水解酶(PTEH1～5)用于缩水甘油苯基醚和对硝基苯乙烯氧化物的酶促水解反应.结果发现,其中3个重组酶具有显著的环氧水解酶活性.进一步研究表明,PTEH1和PTEH2对于缩水甘油苯基醚显示了一定的反常规的(R)-选择性,而PTEH5则优先水解(S)-构型的缩水甘油苯基醚.因此,毛白杨中环氧水解酶表现出多样性.

黏虫保幼激素环氧水解酶基因Ms JHEH2的克隆与生物学功能

保幼激素环氧水解酶(juvenile hormone epoxide hydrolase,JHEH)是调控保幼激素(juvenile hormone,JH)滴度的重要降解酶。本文在黏虫体内克隆得到一条具有EHN环氧水解酶超家族结构域的保幼激素环氧水解酶Ms JHEH2基因c DNA序列(Gen Bank登录号:MT802192),长度1533 bp,开放阅读框(ORF)为1389 bp,编码462个氨基酸,推测分子量和等电点分别为52.42 kDa和7.07。表达模式分析发现,MsJHEH2在黏虫各个龄期与组织中均有表达,其中在蛹期和中肠中表达量最高。RNA干扰处理4龄幼虫6 h后的基因沉默效率最高,为64.86%,此时黏虫体内JH滴度上升为对照的1.58倍。该基因沉默后对黏虫无明显致死作用,但导致其蛹历期延长、羽化率降低。本研究表明Ms JHEH2可以通过调节JH含量进而影响黏虫生长发育进程。

绿豆环氧水解酶交联聚集体(CLEAs)的制备

从绿豆中提取了环氧水解酶,考察了沉淀方法对酶聚集体活性的影响。结果表明,采用50%饱和度的硫酸铵作为沉淀剂可以得到酶活性保持的酶聚集体;又考察了戊二醛浓度对绿豆环氧水解酶酶交联聚集体活性的影响。结果表明,采用0.4%的戊二醛,酶交联聚集体保持较高的活性,并且可以重复使用。

微生物环氧水解酶催化机制及应用研究进展

微生物来源的环氧水解酶(epoxide hydrolases,EHs,EC 3.3.2.3)能不对称水解外消旋环氧化物生成手性环氧化物和邻二醇,催化效率高且区域、立体选择性强,有利于合成高纯度的手性化合物。因此,微生物EHs成为了手性药物合成的一种非常重要的生物催化剂,也是一种强有力的生物合成元件。近10年来,随着基因组学、分子生物学、化学生物学、结构生物学等技术的快速发展,研究者又从多种微生物体内发现了多种具有潜在应用价值的EHs。与此同时,研究者也对微生物来源的EHs的酶学特性、生物大分子结构与催化机理进行了深入的研究。本文介绍了几种目前研究比较透彻的EHs催化机制,并综述了近10年来最新发现的微生物来源EHs,这些EHs具备潜在的应用价值。此外,本文总结了EHs的应用进展,重点介绍了EHs在合成生物学领域的应用。利用酶的定向进化等技术提高EHs催化性能和串联多个合成元件高效合成手性产物,是当前主要的研究趋势。

定点突变提高菜豆环氧水解酶的对映选择性

为了提高菜豆环氧水解酶(PvEH1)催化对氯环氧苯乙烷(pCSO)的对映选择性,利用定点突变构建了PvEH1^(W102L)、PvEH1^(P137K)及PvEH1^(I151V)三种突变体,分别研究了突变体全细胞动力学拆分rac-pCSO的催化特性,优化了PvEH1W102L动力学拆分rac-pCSO的初始底物浓度及反应时间,通过分子模拟分析了PvEH1^(W102L)对映选择性提高的机理。结果表明,最优突变体PvEH1^(W102L)的E值为25.5,相对酶活为212.6%,分别是PvEH1的11.6倍与2.1倍;PvEH1^(W102L)动力学拆分150 mmol·L^(-1) rac-pCSO,反应4 h后,可获得(R)-pCSO(产率为45.62%,ees为96.30%)和(R)-对氯苯基乙二醇(产率为50.91%,eep为90.26%)。分子模拟结果分析表明,PvEH1的102位色氨酸(W)突变为亮氨酸(L)降低了酶与(R)-pCSO的结合能力,从而提高了PvEH1^(W102L)对pCSO的对映选择性。