家蚕微粒子病原虫(Nosema bombycis)小亚基核糖体RNA全基因的克隆及其二级结构的构建

在用PCR技术扩增、克隆、测序了家蚕微粒子病原虫Nosemabombycis (镇江株 )小亚基核糖体RNA基因核心序列(5′ 端起 12 0 0bp)的基础上 ,用SSP PCR技术克隆了核心序列 3′ 端下游序列 ,从而获得了家蚕微粒子病原虫小亚基核糖体RNA基因的全序列共 12 33bp。用RnaViz、Forcon、DCSE等生物软件构建了家蚕微粒子病原虫小亚基核糖体RNA的二级结构 ,与其它微孢子虫及真核生物小亚基核糖体RNA的二级结构相比 ,该二级结构缺乏螺旋 10、E10 1、 11、 18、E2 3 n和43。

家蚕微孢子虫(浙江株)α-微管蛋白基因部分片段的克隆及系统发育分析

基于微孢子虫分类学地位的争议,通过克隆家蚕微孢子虫(Nosema bombycis)的α-Tubulin基因,利用BioEditor将核苷酸序列翻译成氨基酸序列,并从NCBI中收集不同物种的α-Tubulin基因,用CLUSTALX(1.81)、Mega2以及在线生物信息学软件CLUSTALW(1.83)分析序列并构建系统发育树。结果显示:家蚕微孢子虫及其它微孢子虫与真菌聚为一类,且微孢子虫以一个独立群与接合菌(zygomycetes)的噬虫霉属(Entomophaga)、耳霉属(Conidiobolus)关系最近,与子囊菌(ascomycetes)、担子菌(basidiomycetes)、壶菌(chytrids)及其它接合菌互为姐妹群。

家蚕微孢子虫(镇江株)β-微管蛋白基因部分片段的克隆及系统发育分析

设计1对正、反向引物btubf/btubr,对家蚕微孢子虫(镇江株)基因组DNA的β-微管蛋白(beta-tubulin)基因进行扩增,得到部分片段。经PCR鉴定、酶切及测序分析,该片段与Nosema属其它微孢子虫的beta-tubulin同源。采用邻近归并法(Neighbour-Joining)构建系统发育树,结果表明微孢子虫和真菌关系密切。研究结果对于微孢子虫的系统发育研究和家蚕微粒子病的治疗具有积极意义。

家蚕微孢子虫极管蛋白1(NbPTP1)的基因克隆及原核表达

极管作为微孢子虫高度特异的结构,在微孢子虫侵染宿主细胞的过程中扮演重要角色。利用家蚕微孢子虫和兔脑炎微孢子虫基因组数据,通过共线性分析获得一个编码家蚕微孢子虫假定极管蛋白的基因NBO_7g0016。序列特征分析表明该基因编码富含脯氨酸的409个氨基酸,预测蛋白质分子质量39.6 kD,蛋白质序列的N端具有信号肽,有40个潜在的O-糖基化位点和17个磷酸化位点。以家蚕微孢子虫基因组DNA为模板克隆NBO_7g0016基因,并构建插入该基因的重组质粒,转化E.coli BL21(DE3)进行原核表达,融合蛋白经亲和层析纯化后免疫昆明小鼠制备多克隆抗体。免疫印迹实验证明该基因编码的蛋白质在成熟孢子中有表达,间接免疫荧光实验将蛋白质定位于家蚕微孢子虫的极管,确证该蛋白质为家蚕微孢子虫极管蛋白1(NbPTP1,GenBank登录号:EOB15198.1)。初步推测家蚕微孢子虫极管蛋白1具有糖基化修饰特征。

家蚕微孢子虫海藻糖酶(Trehalase)基因的生物信息学分析及原核表达和多克隆抗体制备

海藻糖是家蚕微孢子虫(Nosema bombycis,Nb)成熟孢子的主要糖类物质之一,海藻糖酶作为海藻糖代谢的主要催化酶,在微孢子虫的发芽及侵染过程中发挥重要作用。通过生物信息学分析发现,家蚕微孢子虫的海藻糖酶具有4个序列相似度较高的编码基因拷贝(Nb Tre1、Nb Tre2、Nb Tre3和Nb Tre4),除了Nb Tre4编码蛋白质的N端有18个氨基酸组成的信号肽,其他拷贝的编码蛋白质均没有信号肽结构域,但都具有少数的N-糖基化位点,而没有O-糖基化位点,此外,丝氨酸磷酸化位点的比率也较高,二级结构较为简单,仅有螺旋区和低复杂度区。基于生物信息学分析结果,设计特异性引物克隆了Nb Tre1基因,该基因片段长933 bp,编码310个氨基酸,预测蛋白质分子质量36.7 k D,蛋白质的氨基酸序列有2个潜在的N-糖基化位点和14个磷酸化位点。通过构建重组表达载体并转化Escherichia coli Rosetta(DE3)感受态细胞,获得Nb Tre1蛋白的表达菌株,利用IPTG诱导获得大量以包涵体形式表达的融合Nb Tre1蛋白,其分子质量与预期值一致。融合Nb Tre1蛋白经亲和层析纯化后免疫新西兰白兔制备多克隆抗体,利用间接ELISA法测定多克隆抗体的效价达1∶25 600。通过Western blot检测验证了该多克隆抗体的特异性,制备的多克隆抗体能够应用于家蚕微孢子虫海藻糖酶的检测等。

家蚕微孢子虫半胱氨酸脱硫酶基因的克隆及表达和亚细胞定位

半胱氨酸脱硫酶是一类活性依赖于磷酸吡哆醛的酶类,可催化L-半胱氨酸转化为L-丙氨酸和硫烷硫原子,为铁硫簇组装提供硫原子。基于家蚕微孢子虫基因组数据,克隆了家蚕微孢子虫半胱氨酸脱硫酶(NbNfs)基因。序列结构分析显示NbNfs含有其活性所需的保守氨基酸位点,但不具有线粒体型N端导肽;系统发育分析表明微孢子虫半胱氨酸脱硫酶与真菌线粒体型半胱氨酸脱硫酶聚为一类,属于类群Ⅰ,起源于α-变形细菌;共线性分析表明半胱氨酸脱硫酶基因在不同微孢子虫之间其基因座位保守,具有共线性。构建重组质粒pET30a(+)-NbNfs,并转化到E.coli Rosetta(DE3),经IPTG诱导表达NbNfs融合蛋白,用Ni-NTA亲和层析柱进行纯化后,将融合蛋白免疫昆明小鼠制备多克隆抗体,Western blotting检测NbNfs在成熟家蚕微孢子虫具有表达。胶体金免疫定位显示NbNfs主要定位于成熟家蚕微孢子虫的细胞质中。研究结果为家蚕微孢子虫铁硫簇组装途径的研究奠定了基础。

家蚕微孢子虫感染BmN细胞的差异表达基因筛选及Akirin的原核表达

为探究家蚕微孢子虫(Nosema bombycis,Nb)感染宿主细胞的分子机制,以感染Nb的家蚕卵巢上皮细胞(BmN)为材料,通过GeneFishing技术进行基因差异表达分析,发现感染Nb的BmN细胞有10个基因被诱导或抑制表达,这些差异表达基因功能涉及蛋白质合成、细胞信号转导、线粒体呼吸链电子传递、细胞能量代谢、细胞免疫及一些未知功能。运用RT-PCR方法克隆在感染Nb的BmN细胞中差异表达的免疫相关基因Akirin,获得一个长588 bp的完整ORF,编码195个氨基酸,预测蛋白质分子质量21.98 kD,等电点为8.97,属于碱性蛋白,该蛋白质经SignalP在线预测未见信号肽。通过原核表达获得家蚕Akirin的外源融合表达蛋白,为进一步研究家蚕Akirin在家蚕先天免疫系统中的功能奠定了基础。

基于iTRAQ技术分析家蚕微孢子虫感染家蚕精巢的蛋白质组表达变化

为了获取家蚕微孢子虫(Nosema bombycis,Nb)与宿主家蚕之间互作的新线索,利用定量蛋白质组学同位素标记相对定量和绝对定量(i TRAQ)技术分析感染与未感染Nb的家蚕5龄末幼虫精巢组织的蛋白质组表达变化,在置信度≥95%的1 326个蛋白质中,共发现78个蛋白质的表达量发生了变化,其中63个蛋白质表达上调,15个蛋白质表达下调。GO注释差异表达蛋白质参与了14个生物学过程,以参与代谢过程和细胞内过程的蛋白质占比较高;参与的细胞组分有9个,以胞外结构域占比较高;参与的分子功能有4个,以催化活性及蛋白质结合的占比较高。KEGG通路分析差异表达蛋白质共参与57个信号转导通路,主要包括代谢通路,甘氨酸、丝氨酸、苏氨酸代谢通路以及溶酶体途径。利用qRT-PCR测定随机选取的8个差异表达蛋白质的编码基因mRNA转录水平变化,结果有5个基因mRNA的转录变化与i TRAQ检测蛋白质的表达变化趋势一致,而另外3个基因mRNA转录变化与蛋白质的表达变化不一致。研究结果显示差异蛋白质与能量代谢、氨基酸转运、发育调节、免疫调控等多个生物学过程有关,提示Nb与宿主家蚕之间存在复杂的相互作用关系。

家蚕微孢子虫蓖麻毒蛋白B链基因RBL463-4的克隆及在毕赤酵母中的表达

基于家蚕微孢子虫(Nosema bombycis,Nb)基因组中发现的蓖麻毒素B链(ricin B chain)序列数据设计引物,提取感染Nb第8天的家蚕幼虫中肠组织总RNA,利用RT-PCR方法扩增出RBL463-4基因,并将其克隆进毕赤酵母表达载体pPICZα-A中,构建重组酵母表达载体pPIC-R4。重组质粒pPIC-R4经SacⅠ线性化后,电击导入毕赤酵母X33中,利用博莱霉素(zeocin)筛选获得重组酵母X33/RBL463-4。以2%甲醇诱导表达后,经SDS-PAGE、Western blot检测表达产物,结果出现25kD和20kD2种蛋白,其中25kD蛋白与预测融合蛋白大小一致,表明获得了RBL463-4的融合蛋白。研究结果为进一步探究RBL463-4蛋白在家蚕微孢子虫侵染宿主过程中的功能作用奠定了基础。

家蚕微孢子虫海藻糖合成酶基因Nbtps1的克隆与原核表达

海藻糖在保护细胞质膜和生物大分子空间结构,维持胞内渗透压增大的过程中发挥重要作用,海藻糖合成酶是海藻糖合成途径中的一个关键酶。通过检索微孢子虫基因组数据库发现,家蚕微孢子虫(Nosema bombycis)基因组中含有4个海藻糖合成酶基因,其中Nbtps1基因的开放阅读框长1 386 bp,为单外显子结构,编码461个氨基酸残基,预测蛋白质分子质量53.7 k D,等电点5.19。Nb TPS1蛋白序列含有1个糖基转移酶结构域和4个潜在的N-糖基化位点,亚细胞定位预测该蛋白质位于细胞质中。多重序列比对分析结果表明,Nb TPS1与东方蜜蜂微孢子虫(Nosema ceranae)、兔脑炎微孢子虫(Encephalitozoon cuniculi)海藻糖合成酶的氨基酸序列相似度分别为59.0%、54.7%,系统发育进化树显示三者的亲缘关系与之相符。构建重组表达载体Nbtps1/p ET-28a(+)并转化大肠埃希菌Rosetta(DE3)菌株,经IPTG诱导表达及亲和纯化后获得最终质量浓度为1.18 mg/m L的重组融合蛋白His-Nb TPS1。用纯化后的融合蛋白制备兔多克隆抗体Anti-Nb TPS1,利用间接ELISA法测定多克隆抗体的效价达1∶25 600,并通过Western blotting检测验证了该多克隆抗体的特异性,为研究Nb TPS1的生物学功能以及家蚕微孢子虫的间接免疫检测奠定了实验基础。

家蚕微孢子虫反转录酶基因部分序列的克隆与分析

从家蚕微孢子虫 (Nosemabombycis)中通过RT PCR扩增出反转录酶 (reversetranscriptase)基因的部分序列(大小为 1 2kb) ,经 3′ RACE(RapidAmplificationofcDNAEnds)获得其 3′端序列 ,但经两次 5′ RACE后仍未发现起始密码子 (ATG)。目前得到的cDNA序列为 330 3bp ,推测其编码 110 1个氨基酸的多肽 ,经同源性比较分析 ,发现该序列与许多生物体的反转录酶基因有一定的同源性。

家蚕微孢子RAD51基因的克隆、原核表达与体外翻译

从家蚕微孢子 (Nosemabombycis)中通过RT PCR扩增出RAD5 1(DNArepairprotein)基因的 3′端部分序列 ,经5′ RACE(RapidAmplificationofcDNAEnds)后得到全长cDNA序列 ,共 10 0 2bp ,编码 334个氨基酸。虽然用NorthernBlot检测不出mRNA的特异性表达带 ,但用RT -PCR直接扩增出全长cDNA而证实了该基因。该cDNA已作为新基因提交到GenBank数据库中 ,登录号为AF0 3730 5。将该基因在大肠杆菌 (E .coli)中进行表达 ,得到表达量较高的分子量约 37ku的蛋白质 ,经亲和层析纯化后得到较浓的单一蛋白带 ,纯化效果较好。用兔网织红细胞裂解液在体外也翻译出该分子量为 37ku的蛋白质 ,进一步确证了该蛋白。通过BLAST查询GenBank数据库 ,发现它与许多生物体的RAD5

家蚕微孢子虫烯醇化酶(Enolase)基因的克隆及序列分析与原核表达

烯醇化酶(enolase,ENO)是糖酵解途径的限速酶,对家蚕微孢子虫(Nosema bombycis,Nb)烯醇化酶的研究有助于了解微孢子虫的能量代谢机制。依据微孢子虫基因组数据库中的家蚕微孢子虫烯醇化酶编码序列设计引物,以家蚕微孢子虫基因组DNA为模板,PCR扩增获得家蚕微孢子虫烯醇化酶基因(Nb ENO)。该基因ORF全长1 242 bp,编码413个氨基酸,预测蛋白质分子质量46.323 k D,等电点6.13;蛋白质二级结构主要由α螺旋(28.33%)、延伸片段(22.52%)和无规则卷曲(49.15%)组成,含有25个磷酸化位点和1个糖基化位点,无信号肽和跨膜结构域。系统进化树分析Nb ENO与蜜蜂微孢子虫(Nosema ceranae)烯醇化酶基因序列(Nc ENO)的亲缘关系较近,序列比对显示二者的一致性为62.10%。将Nb ENO基因插入原核表达载体p ET-28a并转化大肠埃希菌Rosatta(DE3)感受态细胞,经IPTG诱导表达后获得预期大小约50 k D的重组Nb ENO蛋白,有利于进一步研究Nb ENO的功能及亚细胞定位。

家蚕微孢子虫的一个Dicer相似蛋白基因的鉴定及系统进化和转录活性分析

Dicer是一种具有RNaseⅢ酶活性的蛋白质,参与RNAi起始阶段siRNA和miRNA的形成,为RNA诱导沉默复合物（RISC）形成的关键因子之一,在基因的转录后调控中扮演重要角色。采用生物信息学方法从家蚕微孢子虫（Nosema bombycis）全基因组数据中鉴定到一个Dicer相似蛋白（Dicer-like）基因,命名为Nb DCL（Gen Bank登录号：EOB15391）。预测Nb DCL的二级结构中含有RNaseⅢ结构域和dsRNA结合结构域。基于Dicer-like基因的系统进化分析显示,家蚕微孢子虫与柞蚕微孢子虫（Nosema pernyi）的亲缘关系最近,并与真菌形成姊妹枝,说明微孢子虫Dicer-like与真菌的同源基因来自共同的祖先。基因组共线性分析显示,Dicer-like基因及其两侧基因在微孢子虫基因组中的排列顺序具有显著的保守性,但兔脑炎微孢子虫（Encephalitozoon cuniculi）和比氏肠道微孢子虫（Enterocytozoon bieneusi）基因组中的Dicer-like基因在物种分化过程中发生了丢失。对Dicer-like基因和Agronaute相似蛋白基因、转座子的共存分析表明,家蚕微孢子虫等Nosema属微孢子虫均保留了古老的RNAi作用机制。RT-PCR检测被家蚕微孢子虫感染48-240 h的家蚕幼虫中肠中Nb DCL基因均有转录。研究结果为进一步探究家蚕微孢子虫RNAi的调控机制提供了有益线索。

家蚕微孢子虫表面蛋白NBO_33g0013的序列特征及亚细胞定位与功能分析

选择家蚕微孢子虫(Nosema bombycis)表面蛋白质谱数据库中新发现的假定表面蛋白NBO_33g0013进行研究,了解该蛋白质的功能及是否参与微孢子虫对宿主细胞的侵染过程。预测该蛋白质分子质量为26.1 k D,等电点为4.59,其序列N端具有信号肽,无跨膜螺旋结构,含3个N-糖基化位点,无O-糖基化位点,不具有典型的功能结构域,与柑橘凤蝶微孢子虫(Papilio xuthus)的一个假定蛋白序列相似度达到93%。以家蚕微孢子虫CQ1分离株的基因组DNA为模板克隆该蛋白质的编码基因,构建重组表达载体进行该蛋白质的原核表达,并制备获得多克隆抗体,通过间接免疫荧光分析确证该蛋白质定位在家蚕微孢子虫孢子表面。经体外细胞感染实验初步分析,尚未发现该蛋白质参与了微孢子虫孢子对宿主Bm E细胞的粘附过程,推测该蛋白质可能为家蚕微孢子虫孢壁的结构组成型蛋白质,在孢壁的构架形成中发挥作用。

一个家蚕微孢子虫新基因的序列分析及蛋白质在酿酒酵母细胞中的定位

微孢子虫具有基因组进化速度慢,但基因进化速度快的特征,不同微孢子虫间存在较多的共线性区域。通过比较基因组分析在家蚕微孢子虫(Nosema bombycis,Nb)CQ1株中发现一个编号为NBO32g0035的功能未知新基因,而在兔脑炎微孢子虫(Encephalitozoon cuniculi)和蜜蜂微孢子虫(Nosema ceranae)均无该基因的存在。该基因编码521个氨基酸,其中有131个酸性氨基酸和76个碱性氨基酸,赖氨酸含量最高,半胱氨酸有6个,SignalP3.0预测该基因编码的蛋白质无信号肽。采用RT-PCR方法在被N.bombycis CQ1株感染1～10 d的家蚕中肠组织中能检测到该基因转录活性,并且仅能在家蚕微孢子虫基因组中获得其克隆序列。对该基因的克隆测序表明其核苷酸序列具有多态性。通过转染单细胞模式生物——酿酒酵母检测发现,该基因编码的蛋白质不具有明显的亚细胞定位特征,主要分布在酿酒酵母细胞的细胞质中。研究结果表明这个家蚕微孢子虫新基因具有在感染初期表达、核苷酸多态性的特点,其编码蛋白质定位于酿酒酵母细胞的细胞质中。

家蚕微孢子虫细胞分裂周期蛋白N端编码序列在酿酒酵母中的启动子活性分析

微孢子虫(microsporidia)长期专性细胞内寄生,其基因组表现出显著的减缩性。利用家蚕微孢子虫(Nosema bomby-cis)基因组数据库探究在其显著减缩的基因组中是否有编码序列发挥调控序列的作用,结果发现在DNA转录调控中发挥重要作用的细胞分裂周期蛋白(cell division cycle protein)的N端编码序列具有典型的真核生物启动子序列特征。设计引物扩增该基因N端590 bp包含启动子基序的序列(C启动子序列),将该启动子序列克隆到载体启动子(MET25-P)被终止序列(CYC1-T)替代的pUG35载体上,构建由该启动子序列启动下游绿色荧光蛋白(GFP)表达的克隆载体ΔpUG35-CYC1-T-C-yEGFP-CYC1-T,并将其电击转化酿酒酵母CEN.PK2菌株,经筛选及诱导培养后,在荧光显微镜下观察到酵母中有GFP表达,证实了家蚕微孢子虫细胞分裂周期蛋白的N端编码序列包含具有启动子活性的序列,表明家蚕微孢子虫基因组减缩后,部分编码序列可能扮演了调控序列的角色。研究结果也为微孢子虫启动子的活性验证提供了一个简便的途径。

家蚕微孢子虫己糖激酶基因的克隆及序列结构分析和原核表达

己糖激酶（hexokinase,HXK）是糖酵解途径的限速酶,在能量代谢中充当极其重要的角色。家蚕微孢子虫（Nosema bombycis）具有完整的糖酵解途径,其基因组中有2个序列相似度较高的己糖激酶编码基因拷贝（NBO_1320g0001,NBO_27g0008）。根据其中的一个基因拷贝（NBO_27g0008）序列设计特异性引物,以家蚕微孢子虫基因组DNA为模板成功克隆了该基因,命名为Nb HXK-1。该基因大小为894 bp,包含完整的ORF,编码297个氨基酸,预测蛋白质的分子质量为34.241 k D,等电点（p I）为5.26,蛋白质的氨基酸序列有31个磷酸化位点和4个潜在的N-糖基化位点,无跨膜结构域,有信号肽,二级结构主要由α螺旋（54.55%）、延伸片段（17.80%）和无规则卷曲（27.61%）组成。系统进化分析显示Nb HXK-1与东方蜜蜂微孢子虫（Nosema ceranae）己糖激酶（Nc HXK）氨基酸序列的亲缘关系较近。将Nb HXK-1基因插入原核表达载体p ET-28a（＋）并转化BL21（DE3）感受态细胞,用IPTG诱导表达后经蛋白质串联质谱鉴定和Western blot分析显示,获得了与预期大小一致的约35 k D的重组Nb HXK-1蛋白,为进一步阐明Nb HXK-1的生物学功能奠定了基础。

家蚕微孢子虫水通道蛋白基因NbAQP的克隆及表达特征分析

水通道蛋白(aquaporin,AQP)是在动物、植物、微生物细胞膜上发现的能够高选择性透过水分的一类通道蛋白。通过克隆家蚕微孢子虫(Nosema bombycis,Nb)的AQP基因,并分析其表达特征,为研究AQP在Nb孢子侵染宿主细胞时调节孢子内渗透压的作用积累基础信息。依据从Microsporidia DB和MIPModDB数据库比对获得的序列设计引物,以家蚕微孢子虫基因组DNA为模板克隆了NbAQP基因,该基因大小为750 bp,编码蛋白质分子质量为26.66 k D,具有MIP超家族水通道蛋白的保守跨膜结构域。用半定量RT-PCR和实时荧光定量PCR的方法,在Nb孢子感染宿主家蚕的7 d内,家蚕中肠组织中都能检测到NbAQP基因的表达,自感染后2 d开始,NbAQP基因的表达水平开始明显上升,直至感染后7 d达到最高水平。NbAQP基因的高水平表达时相与家蚕添食Nb孢子后中肠组织中成熟Nb孢子大量出现的时间相一致,初步推测NbAQP可能在家蚕微孢子虫成熟孢子发芽时的孢子内渗透压调节中起到重要作用。

家蚕微孢子虫葡萄糖-6-磷酸脱氢酶基因(G6PDH)的克隆及表达特征分析

葡萄糖-6-磷酸脱氢酶(glucose 6-phosphatedehydrogenase,G6PDH)是戊糖磷酸途径的第一个关键酶,催化葡萄糖-6-磷酸形成6-磷酸葡萄糖酸-δ-内酯。家蚕微孢子虫有较为完整的戊糖磷酸途径,该途径除提供糖酵解的中间代谢物外还可形成还原型烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸(NADPH)从而抵抗生物体内的氧化刺激。为了解G6PDH基因在微孢子虫生长发育过程中的作用,根据家蚕微孢子虫G6PDH基因序列设计特异引物克隆了该基因,并对其序列特征进行生物信息学分析,进一步采用荧光定量PCR分析G6PDH基因在家蚕感染不同时间点的中肠组织中的转录水平。结果表明,克隆的家蚕微孢子虫G6PDH基因编码区全长1 305 bp,编码434个氨基酸,预测的G6PDH蛋白无信号肽,分子质量为50.8 kD,等电点为5.22,没有跨膜结构域,存在磷酸化位点,不存在N-糖基化位点及O-糖基化位点;家蚕微孢子虫感染家蚕后,从2 h起G6PDH基因表达量开始升高,至12 h时达到最大值,在24~72 h虽然有逐渐降低的趋势,但趋势并不明显,96 h后开始显著降低,至144 h表达量达到最低,而后在168 h时表达量又有所回升。推测G6PDH基因参与家蚕微孢子虫发芽、增殖以及成熟等整个生命周期。