家蚕P450基因CYP18A1的克隆、序列分析及转录活性

蜕皮激素对昆虫生长、发育和繁殖有重要调控作用,尤其对蜕皮和变态过程。利用GenBank上登录的蜕皮激素C26羟基化酶候选基因CYP18A1的氨基酸序列对家蚕Bombyx mori全基因组数据库进行BLASTP比对,发现了家蚕直向同源基因(ortholog),其完全编码序列经RT-PCR检测和克隆、测序验证后,再以此为信息探针检索家蚕表达序列标签(expressed sequence tags,EST)数据库进行拼接延伸,获得了一条包括5′非翻译区在内的长度为1737bp的cDNA序列,验证结果也表明与电子克隆序列完全一致(GenBank登录号为EF421988,P450命名委员会将其命名为CYP18A1)。该基因的开放阅读框为1623bp,编码541个氨基酸,含有包括P450s特征结构域在内的所有昆虫P450基因的5个保守结构域,其推定的分子量为61.67kD,等电点为8.54。将该基因cDNA序列与家蚕基因组序列进行比对,结果表明该基因具有6个外显子,5个内含子,外显子/内含子边界符合经典的GT-AG规则。同源性分析也发现家蚕CYP18A1与其他昆虫的直向同源基因具有较高相似性。用RT-PCR方法对家蚕主要发育变态时期与组织进行检测,显示出该基因的转录表达不仅具有时空特异性,而且在表达时期上与已报道的蚕体内蜕皮激素含量变化有紧密的一致性。该研究进一步证实了CYP18A1基因与昆虫体内蜕皮激素代谢平衡相关联。

家蚕丝蛋白Fhx/P25基因启动子区域的克隆及序列分析

为研究家蚕Fhx/P25基因在时空上的调控机制,通过PCR扩增获得家蚕丝素蛋白Fhx/P25基因的启动子序列并进行克隆和序列分析。进一步构建了由Fhx/P25启动子驱动报告基因DsRed的表达载体pSK-P25-DsRed-PolyA,并通过家蚕BmN细胞进行瞬时表达。结果显示:Fhx/P25基因的启动子序列符合真核生物启动子特点,具有丝腺特异性表达启动子的特征,TATA框的保守序列为TATAA,位于-28—-32处,CAAT基序有3个,其中-110—-117和-90—-87处的2个CAAT基序可能具有活性;二级结构分析显示:Fhx/P25启动子区域具有复杂的茎环结构,这可能与蛋白表达的组织特异性、时间性以及活性有关。基因启动子可以驱动红色荧光基因DsRed在家蚕BmN培养细胞中的瞬时表达。

家蚕细胞色素P450基因CYP6AE2的分子克隆与序列分析

为了在分子水平上研究家蚕(Bom byx mori)细胞色素P450基因的特性,更好地探讨该基因与家蚕抗性的相关机制,依据已有的家蚕基因组数据,通过BLASTP比对,选择与抗性相关的6家族中含有预测基因数量最多的CYP6AE亚家族的1条序列,并设计1对引物,用RT-PCR方法克隆了家蚕细胞色素P450家族基因CYP6AE2(Gen-Bank登陆号:EF415296)。该基因的ORF为1 572 bp,编码523个氨基酸,推定的蛋白质分子质量为60.2 kD,等电点为8.50。将该基因的cDNA和家蚕基因组序列比对,结果表明该基因只有1个内含子;与已知的同亚家族基因CYP6AE1(欧洲防风草结网毛虫Depressaria pastinacella)、CYP6AE12(棉铃虫Helicoverpa armigera)编码的氨基酸序列比对,同源性同为53%。

家蚕细胞色素P450家族CYP6B29的克隆与序列分析

细胞色素P450单加氧化酶系在生物体对外源化合物的代谢和内源化合物的调节都起着非常重要的作用,许多证据表明昆虫杀虫剂抗性的产生与单加氧化酶系介导的代谢反应有关,其关键组份细胞色素P450作为终端氧化酶能氧化多样的底物。依据家蚕基因组P450预测序列设计1对引物,以家蚕中肠为材料提取mRNA,采用RT-PCR方法克隆了P450家族基因CYP6B29(GenBank登录号:DQ252324)。序列分析表明,该基因的ORF为1 518 bp,编码505个氨基酸,预测其相对分子质量约为58 kD,等电点为8.29。经与已知P450的6B亚族其它所有成员氨基酸同源比对发现,CYP6B29基因与美洲棉铃虫CYP6B27基因的同源关系最近,同源性达到60.5%。

家蚕Osiris基因家族的克隆与序列结构及表达研究

利用生物信息学、RT-PCR和RACE等方法克隆了家蚕6个Osiris基因家族的成员,依次命名为BmOsiris7、BmOsiris9、BmOsiris18、BmOsiris19、BmOsiris20和BmOsiris21。序列分析表明,BmOsiris基因的序列ORF长度在723~882之间,所编码的氨基酸分子量大小也很接近,在26~31 kDa之间。pI分析表明,BmOsiris21为9.10,其余在6.41~8.66之间。SMART在线保守区域预测发现,该蛋白家族属于跨膜蛋白,都含有Osiris家族特有的DUF1676保守区域,支持了克隆的所有基因序列属于Osiris基因家族的推测。Osiris家族蛋白序列进化树分析显示,家蚕和黑腹果蝇的同系同源蛋白要近于同物种的旁系同源蛋白。表达谱分析表明,各基因在所调查的组织中均没有组织和时空特异性,但表达量的多少存在显著差异。染色体定位结果显示,BmOsiris7、BmOsiris9、BmOsiris18、BmOsiris19和BmOsiris20定位在Chr.26上,而BmOsiris 21单独定位在了Chr.4上。家蚕Osiris基因家族的以上所有分析结果和黑腹果蝇中O-siris基因家族极其相似,推测家蚕Osiris家族的功能可能与果蝇相似。

家蚕淀粉酶基因(Bmamy2)的分子克隆及表达特征和序列分析

淀粉酶在生物体内的碳水化合物代谢中起重要作用。根据预测的基因序列设计引物,克隆了一个家蚕淀粉酶基因(Bmamy2),获得完整的编码区序列(全长1 752 bp,编码583个aa)。用推导的氨基酸序列与其它物种的淀粉酶基因作相似性比较和系统发育分析,发现所克隆的Bmamy2基因是一个起源很早的拷贝,在细菌、果蝇、非洲蟾蜍、人和鸡等多种生物中存在与之同源的基因。该基因编码蛋白的功能结构域预测有2个起催化作用的关键氨基酸发生突变,推测该基因可能失去了催化水解碳水化合物的功能。RT-PCR和基因芯片检测结果表明,该基因在家蚕5龄第3天幼虫的中肠和脂肪体中表达,且在中肠中的表达丰度较高。

家蚕核型多角体病毒碱性磷酸酶基因(alk-exo)与杆状病毒的分子进化分析

基于为杆状病毒分类提供新的依据,克隆了家蚕核型多角体病毒苏州株(BmNPV-SU)碱性核酸酶基因(alk-exo)及其侧翼区,并进行序列和进化分析。BLAST检索显示,BmNPV-SUalk-exo上游的部分ORF109序列仅在AcNPV、RoNPV中检索到同源序列;下游区域在AcNPV、RoNPV、SlNPV的基因组中检索到同源序列。序列分析表明,BmNPV-SU的alk-exo基因编码420个氨基酸残基,下游区域存在2个正向的重复。比对结果分析显示,在22种杆状病毒中,alk-exo基因间核苷酸序列和氨基酸序列的同源性不高,变异较大。同时,利用MEGA软件包中的UMEGA算法建立了基于alk-exo基因的分子进化系统树,表明通过杆状病毒的进化可以反映宿主昆虫的进化,杆状病毒与其宿主昆虫之间存在共进化关系。

3种家蚕30K蛋白基因的克隆表达及抗凋亡功能分析

业已明确家蚕30K蛋白不仅作为家蚕生长发育的重要能源物质,还对细胞凋亡具有明显的抑制作用。采用RT-PCR技术从家蚕5龄幼虫脂肪体中克隆了BmLp-C6、BmLip19G1和BmLp-C12p(GenBank登录号分别为X54735、AY568957、NM_001101728)共3种30K蛋白基因的cDNA序列,并利用Bac-to-Bac系统构建含有3种30K蛋白基因的重组杆状病毒表达载体,转染家蚕BmN培养细胞大量表达3种30K蛋白,3种表达产物纯化后的样品经SDS-PAGE检测到明显的30 kD大小的目的蛋白条带,Western blotting分析3种纯化后的蛋白样品与6×His-tag抗体具有良好的特异性反应。纯化后检测3种表达产物对诱导凋亡的抑制作用。经MTT法检测3种纯化30 K蛋白可明显增强过氧化处理的人血管内皮原代培养细胞(EC)的活力,采用ELISA法检测3种纯化30K蛋白能明显减缓EC细胞中的DNA片段化,显示3种30K蛋白对H2O2诱导的EC细胞的凋亡均具有一定的抑制作用。用生物信息学方法预测3种家蚕30K蛋白的氨基酸序列相似性达43%,三级结构极其相似,推测3种蛋白具有相似的生物学功能。

具有丙酮酸脱氢酶功能的家蚕Bm-l(1)基因的克隆及序列结构与表达研究

丙酮酸脱氢酶(PDH)是丙酮酸脱氢酶复合体(PDC)中的前件酶,参与生成柠檬酸循环(TCA)的起始物乙酰辅酶A,决定生物体内营养成分的分配。利用电子克隆、RT-PCR和cDNA末端快速扩增(RACE)等方法克隆了与果蝇lethal(1)G0334基因类似的具有丙酮酸脱氢酶功能的家蚕Bm-l(1)基因。Bm-l(1)基因的cDNA全长为1 630 bp,由1 200 bp的完整ORF序列、186 bp的5'-UTR和207 bp的3'-UTR组成,含8个外显子和7个内含子,编码蛋白为399个氨基酸残基,分子质量43.93kD,pI 8.07。Bm-l(1)基因编码蛋白的69-365氨基酸残基为E1-dh结构域,该结构域为硫胺素焦磷酸依赖性脱氢酶所特有。蛋白质二级结构预测结果表明α螺旋占28.8%,β折叠占12.0%。采用Clustal W进行多序列比对发现,Bm-l(1)基因编码蛋白与赤拟谷盗等昆虫的PDH具有63%以上的序列相似性,且保守区域高度一致。Bm-l(1)基因mRNA在家蚕整个卵期、幼虫期、蛹期和刚羽化的成虫中,以及5龄3 d幼虫的头部、丝腺、生殖腺、脂肪体、中肠和血液6种组织中都有较高的转录水平,且存在较小的组织差异性。

家蚕尿酸氧化酶基因BmUo的克隆及其序列分析与原核表达

尿酸氧化酶(urate oxidase;EC1.7.3.3)能够降解尿酸形成尿囊素,在嘌呤代谢途径中起到至关重要的作用。用生物信息学方法在家蚕基因组数据库中进行同源性检索,获得一条可能的家蚕尿酸氧化酶序列,根据预测序列设计引物及克隆、测序验证,已成功地克隆到家蚕尿酸氧化酶基因BmUo的完整ORF。克隆的cDNA(GenBank登录号:DQ189992)全长1088bp,ORF长1014bp,编码337个氨基酸残基,预测分子质量为38.18kD,等电点为6.90。通过半定量RT-PCR检测了该基因在各组织的表达情况,发现该基因的mRNA在5龄第3天的家蚕的脂肪体和马氏管中有表达。该基因在氨基酸水平上与果蝇、按蚊尿酸氧化酶的相似性分别为45.6%和51%,在第91个氨基酸残基处具有Asn-Ser-X-Val/Ile-Val/Ile-Ala/Pro-Thr-Asp-Ser/Thr-X-Lys-Asn的高度保守序列,这一序列在真核生物和原核生物中均广泛存在,可能与尿酸氧化酶的酶活性有关。家蚕尿酸氧化酶与其他38个物种尿酸氧化酶的聚类分析发现,尿酸氧化酶基因在昆虫、真菌、双子叶植物和哺乳动物这一层面上是相对保守的。将BmUo基因片段与pET-28a连接,构建原核表达载体pET-28a/uo,重组载体转化大肠杆菌BL21后,在37℃的培养条件下可检测到与理论分子质量相符的蛋白条带。

家蚕多聚泛素基因的电子克隆、序列分析及表达谱预测

具选择性蛋白质降解功能的泛素在昆虫生长发育过程中起着重要的调控作用。本研究采用电子克隆的方法钓取家蚕基因组中多聚泛素基因序列,命名为Bm-polyUB(GenBank登录号:AADK01019318),并进行序列分析和电子表达谱预测。序列分析表明,该编码区长3426bp,编码1141个氨基酸残基的15聚体,预测分子量和等电点分别为127.97kD和7.33,二级结构中α-螺旋、延伸带、β-转角和无规则卷曲各占17.09%、32.78%、14.37%和35.76%,亚细胞定位于细胞质、细胞核和线粒体各占43.5%、34.8%和21.7%,无前导肽、信号肽和跨膜区;多重序列比对显示,15个泛素单体基因序列间同源性和遗传距离分别介于89.0%～100.0%和0.000～0.120,其中Bm-UB3与Bm-UB10、Bm-UB5与Bm-UB7及Bm-UB10与Bm-UB14的序列相同;遗传多样性分析可见,共检出33个多态性位点,共生成12个单倍型,单倍型多样性(Hd=0.962)、平均核苷酸差异数(K=7.495)、核苷酸多样性(Pi=0.03287)、密码子有效值(ENC=41.623<61)、偏爱指标(CBI=0.496>0)和χ2检验计算(χ2=0.713)显示泛素单体间遗传多样性较丰富且呈现较强的密码子偏爱性;电子表达谱预测结果表明Bm-polyUB基因在家蚕中高表达的组织和发育阶段所占比例显著高于低表达。本文的研究结果可为进一步开展该基因进化机制、表达特性和生理功能等方面的实验研究提供基础资料。

家蚕蛋白激酶C受体基因(Bmrack)的克隆及序列分析

蛋白激酶C受体蛋白(RACK)除作为细胞内蛋白激酶C的受体之外,还作为细胞内重要的支架蛋白调节细胞功能。应用生物信息学方法对家蚕RACK蛋白的编码基因Bmrack进行电子克隆,获得了1224 bp的重组序列,基因编码区长960 bp,编码319个氨基酸,蛋白分子质量为36.04 kD,等电点为8.07。从家蚕幼虫脂肪体基因组DNA中PCR克隆了Bmrack基因,序列总长为2 122 bp,含有4个内含子和5个外显子,通过家蚕WGS比对,结果与其中5条序列的一致性为99%,且修复了其中8个缺口。聚类分析表明RACK蛋白的氨基酸序列在鳞翅目昆虫中非常保守。

家蚕保幼激素甲基转移酶基因的克隆与表达分析

根据家蚕表达序列标签(ESTs),克隆了一个家蚕保幼激素甲基转移酶基因(JHAMT2)的全长cDNA序列。序列分析表明,该基因全长1007 bp,序列分析有4个外显子,定位于家蚕第12号染色体的nscaf 2 993上,推导的编码蛋白序列长度为266AA,有一个甲基转移酶超家族功能位点,与烟草天蛾(Manduca sexta)JHAMT同源性达到38%。JHAMT2基因在家蚕丝腺、特别是中部丝腺组织特异表达,发育时期表现为4龄期有比较高的表达量,5龄期只在5龄第3日有表达,性别差异表现为雄性体内持续表达时间比雌性中长。JHAMT2基因表达受到外源激素MH的负调控和JHA的正调控,雌性对外源昆虫激素的感受更敏感。

从云南省地方黄茧品种B黄2克隆的类胡萝卜素结合蛋白基因的cDNA序列分析

类胡萝卜素结合蛋白(CBP)是家蚕黄茧形成的关键因子。利用RT-PCR方法从云南省地方黄茧品种B黄2的5龄幼虫丝腺中克隆了编码CBP的基因cDNA序列。序列及同源性分析表明,克隆的CBP基因cDNA序列全长898bp,编码297个氨基酸残基组成的蛋白,该序列与从日本黄茧品种N4的丝腺中克隆的编码CBP的基因(GenBank登录号:AB062740)序列相似性为100%。生物信息学分析表明该序列编码的CBP蛋白为非分泌型蛋白,且定位于细胞质中的可能性最大。研究结果显示云南黄茧品种B黄2与日本黄茧品种N4的CBP基因CDS序列完全一致,编码蛋白也一样,证明黄茧品种B黄2的茧色不同于N4的茧色,并非是由CBP基因序列产生变异位点导致的,色彩的差异可能是受到黄茧系其它茧色形成因素的影响。

家蚕糖转运蛋白基因BmST3的克隆及序列分析与表达研究

糖转运蛋白在家蚕体内糖类化合物的转运与代谢过程中发挥重要作用。在电子克隆的基础上,通过RT-PCR方法克隆了家蚕糖转运蛋白基因BmST3(GenBank登录号:GQ871756)。生物信息学分析结果显示,该基因位于家蚕27号染色体,开放阅读框(ORF)长1434bp,编码477个氨基酸,预测蛋白有典型的Sugar_tr结构域和12个疏水的跨膜结构域,与埃及伊蚊、致倦库蚊、冈比亚按蚊、赤拟谷盗登录号分别为EAT47626、EDS35465、EAA11457、EFA05337的同源蛋白相似性均在60%以上。RT-PCR检测和基因芯片信号值分析结果显示,BmST3基因的表达具有组织特异性,在家蚕5龄第3天幼虫的9种组织中,主要在马氏管中大量表达,推测其可能在马氏管细胞膜内外物质的跨膜转运中发挥作用。

家蚕Wnt信号通路下游关键基因Pangolin转录剪接体X3的克隆和分析

【目的】克隆家蚕Bombyx mori Wnt信号通路下游关键基因Pangolin isoforms A/H/I/S转录剪接体X3(Pangolin X3),分析其序列和表达特征。【方法】从NCBI数据库检索家蚕Pangolin X3,根据其编码序列(coding sequence,CDS)设计引物,利用PCR从家蚕幼虫中肠和血淋巴中进行克隆并测序验证。利用SilkDB 3.0,SMART,多序列比对和系统发育树分析Pangolin X3的序列特征。利用qRT-PCR分析Pangolin X3在家蚕5龄第3天幼虫不同组织(头、血淋巴、体壁、性腺、中肠、前部丝腺、中部丝腺、后部丝腺、脂肪体和马氏管)中的相对表达水平。【结果】从家蚕幼虫中肠和血淋巴克隆了Pangolin X3(GenBank登录号:XM_038020921)的CDS,其开放阅读框长1560 bp,编码519个氨基酸残基,预测分子量为55.86 kD,预测等电点为7.53。Pangolin X3蛋白含有保守的β-catenin结合位点和HMG结构域,其氨基酸序列在不同的昆虫中比较保守,特别是与DNA结合的HMG结构域,而与β-catenin结合的N末端CTNNB1结构域部分氨基酸残基发生变异。组织表达谱显示,Pangolin X3在家蚕5龄第3天幼虫中肠、血淋巴和性腺中的相对表达水平较高,在头、体壁、前部丝腺、中部丝腺、后部丝腺、脂肪体和马氏管中的相对表达水平较低。【结论】本研究克隆了家蚕Pangolin X3,分析了其序列和表达特征,为深入研究家蚕Pangolin的生物学功能提供了基础。

家蚕传染性软化病病毒(桐乡株)VP1基因片段的克隆及序列分析

以首株在中国分离到的家蚕传染性软化病病毒(Bombyx moriinfectious flacherie virus,BmIFV)BmIFV-CHN001基因组为模板,扩增了编码主要结构蛋白的VP1基因。克隆测序后得到VP1基因片段906bp。该序列与已发表的日本毒株相比,核苷酸序列的相似性为99.3%,编码氨基酸的相似性为100%,证明该毒株与家蚕传染性软化病病毒日本株的同源性较高。把BmIFV-CHN001的VP1序列与同属的另外6个昆虫小RNA病毒的结构蛋白进行序列比对,构建系统发育树,对其进化关系进行了初步分析,结果显示这7种病毒具有相近的亲缘关系,而BmIFV-CHN001与蜜蜂囊雏病毒的亲缘关系最近。

家蚕体节极性基因(Bmdpp)的克隆与表达研究

体节极性基因dpp是昆虫发育过程中的关键基因。采用生物信息学的方法,利用家蚕EST数据获得了家蚕dpp基因（Bmdpp）cDNA序列。该cDNA序列全长1 206 bp,ORF1 146 bp,编码381个氨基酸,预测蛋白分子质量38.6 kD,等电点9.18。将克隆的Bmdpp基因完整CDS序列亚克隆到pET-28a（＋）表达载体,转化、诱导后经SDS-PAGE电泳检测到约40 kD与预测分子质量相符的目的蛋白条带。对Bmdpp在家蚕胚胎不同发育时期的表达分析发现,该基因在受精614 h的表达量很低,甚至没有表达。这一表达模式和果蝇dpp基因在胚胎发育过程中的表达模式相似,推测Bmdpp在家蚕早期胚胎发育的背-腹轴分化中起作用。

家蚕丝心蛋白轻链基因的克隆及品种间的比较

从蚕品种浙蕾×春晓的蛹中提取基因组DNA ,用PCR的方法克隆出家蚕丝心蛋白轻链基因 3’端 ,包含第 2到第 7外显子区 5 5kb的DNA片段。经测序并与蚕品种J- 139丝心蛋白轻链基因相同区域的比较表明 ,蚕品种间丝心蛋白轻链DNA序列同源性为 95 6 % ,氨基酸序列同源性为 98 8%。

家蚕Bmtdh基因的克隆与序列分析

克隆了家蚕苏氨酸脱氢酶基因(Bmtdh),其cDNA长1 310 bp(No.ABA43639.1),包括227 bp 5′-UTR和1 026 bp的完整开放读码框(ORF)。Bmtdh在家蚕基因组上以单拷贝形式存在,编码342个氨基酸,其Ile29-Val322区域是一个完整的表面异构酶功能域。表达谱分析与EST数据的分析表明,Bmtdh在丝腺和卵巢中的转录水平高于其它组织,并且Bmtdh在家蚕4龄眠期、5龄早期的转录水平也很高,而在卵期(G2胚胎)和1龄早期没有检测到其转录表达,表明Bmtdh基因可能参与了蚕丝蛋白的合成过程。