二化螟dsRNA降解酶基因的克隆与表达分析

为解析二化螟Chilo suppressalis体内参与降解双链RNA(double-stranded RNA,dsRNA)的关键核酸酶的功能,克隆二化螟不同的非专一性核酸酶(non-specific nuclease,NUC)基因,并对这些基因进行生物信息学分析和组织定量表达分析,同时对dsRNA降解酶(dsRNA degrading nuclease,dsRNase)活力的组织分布进行研究。结果显示,共克隆获得5个NUC基因,其中有4个编码dsRNase亚家族基因(CsdsRNase1~CsdsRNase4)和1个编码Endonuclease G亚家族基因(CsEndoG)。5个NUC基因的开放阅读框核苷酸序列长度范围为828~1338 bp,编码275~445个氨基酸残基,其分子量大小为31.68~49.57 kD,预测等电点为5.48~9.42。CsdsRNase1和CsdsRNase2含有信号肽序列,两者相似度极高,且与家蚕Bombyx mori和斜纹夜蛾Spodoptera litura中具有dsRNA降解酶活力的dsRNase同源聚类;CsdsRNase1和CsdsRNase2均在二化螟中肠中高表达,这与中肠组织超高的dsRNA降解酶活力分布模式一致,表明这2个基因可能是中肠参与降解dsRNA的关键核酸基因。二化螟体内存在多条dsRNase基因序列,尤其是中肠中高表达的CsdsRNase1和CsdsRNase2可影响二化螟体内dsRNA的稳定性,从而影响RNA干扰效率。

家蚕碱性核酸酶BmdsRNase的原核表达和对dsRNA的降解效果

dsRNase是一种DNA/RNA非特异性碱性核酸酶,这类酶具有广泛的底物特异性,可影响鳞翅目昆虫的RNA干扰效率。为验证从家蚕消化液分离的BmdsRNase能否在家蚕体外表达并降解dsRNA,根据其功能域构建了3个不同基因片段的表达载体,转化大肠埃希菌进行原核表达,体外诱导培养后进行dsRNA的降解试验。SDS-PAGE显示BmdsRNase的3个基因片段均能在原核系统中表达,最适宜的蛋白质诱导时间为2 h,表达产物主要以包涵体形式存在。实时定量PCR结果表明,3种重组表达菌的表达产物均可降解dsRNA。上述结果为后续研究BmdsRNase的功能,以及鳞翅目昆虫的RNA干扰机制提供了实验数据。

飞蝗双链RNA降解酶的抗体制备及组织定位

【目的】双链RNA降解酶(dsRNA degrading enzyme, dsRNase)是制约RNA干扰(RNAi)技术在害虫防治中应用的关键因素之一。本研究旨在利用原核表达系统获得飞蝗LmdsRNase2和LmdsRNase3的特异抗原,进而制备抗体,对其进行组织定位和蛋白表达量检测,为进一步解析飞蝗中肠dsRNA降解酶基因的功能分化提供蛋白水平的证据。【方法】通过对LmdsRNase2和LmdsRNase3的氨基酸序列(GenBank:ARW74135.1和ARW74134.1)进行比对,分别选取特异的LmdsRNase2和LmdsRNase3抗原序列(R2'、R3')进行后续的研究。根据LmdsRNase2和LmdsRNase3的cDNA全长序列,设计包含酶切位点BamH I、Hind Ⅲ的引物,采用PCR技术扩增目标片段,双酶切后连接至pET-32a载体。将重组质粒转化至大肠杆菌BL21(DE3)感受态细胞中,加入IPTG至终浓度为0.5mmol·L^(-1),37℃下诱导4 h后提取蛋白,采用SDS-PAGE电泳方法检测蛋白表达。大量培养带重组质粒的大肠杆菌,诱导目的蛋白大量表达,用镍柱亲和层析法分离R2'和R3'蛋白,Bradford法检测蛋白浓度。经两次免疫新西兰大白兔后,最终获得LmdsRNase2和LmdsRNase3的多克隆抗体。利用ELISA法测定多克隆抗体的效价,通过Western blot检测抗体的特异性。提取飞蝗5龄第3天的中肠组织蛋白和中肠液,分别用LmdsRNase2和LmdsRNase3的抗体检测其表达量。最后制备飞蝗5龄第3天的中肠石蜡切片,通过免疫组化对LmdsRNase2和LmdsRNase3蛋白进行亚细胞定位。【结果】通过氨基酸序列比对发现,LmdsRNase2和LmdsRNase3具有37%的序列一致度,选取特异的序列R2'和R3'设计引物,分别包含157和153个氨基酸残基,理论分子量分别为17.0和16.8 kD。在IPTG浓度为0.5 mmol·L^(-1)条件下,37℃诱导4 h后,目的蛋白在包涵体中大量表达。扩大培养重组菌株后提取蛋白,用镍亲和层析柱分离得到纯度为85%的R2'蛋白,可直接用于免疫;而R3'蛋白的纯度低于85%,利用电泳切胶纯化后免疫新西兰大白兔,36 d后取抗血清进行检测,效价均达到1:102 400,表明抗体效果良好。用多克隆抗体杂交实验室保存的His-LmdsRNase2和His-LmdsRNase3融合蛋白,对抗体进行特异性检测,结果表明R2和R3的抗体分别特异性识别LmdsRNase2和LmdsRNase3,无交叉杂交现象,且条带与His抗体杂交到的条带大小一致。采用Western blot方法检测,发现LmdsRNase2蛋白在中肠组织中高表达,但在中肠液中未检测到可见表达,LmdsRNase3蛋白在中肠组织和中肠液中均未检测到表达。进一步采用免疫组化方法对两个蛋白进行组织定位,发现LmdsRNase2和LmdsRNase3均在中肠细胞质中表达,但LmdsRNae3的表达量较低。【结论】成功制备了特异性良好的飞蝗LmdsRNase2和LmdsRNase3抗体,Western blot和免疫组化分析表明LmdsRNase2在中肠细胞质中高表达,而LmdsRNase3的表达量很低。研究结果为飞蝗中肠两个dsRNA降解酶LmdsRNase2和LmdsRNase3的功能分化提供了蛋白水平的证据。