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本论文以我国南方培育海水珍珠的主要贝类--马氏珠母贝(Pinctadafucata)为研究对象,构建了溶藻弧菌(Vibro alginolyticus)诱导的血淋巴cDNA差减文库,进行测序和ESTs分析后,克隆了热休克蛋白70(PFHsp70)、半乳凝素(PFGal)、a2-巨球蛋白(PFaM)、组织蛋白酶L(PFCatL)和多聚泛素(PFUb)5个马氏珠母贝抗菌免疫相关基因的全长cDNA序列;同时,应用荧光实时定量PCR技术(Real-timePCR)研究了上述免疫相关基因在溶藻弧菌刺激前后马氏珠母贝足、外套膜、鳃、闭壳肌、心脏、肾、肝胰腺以及血淋巴8个组织中的表达变化规律。此外,本文还克隆了马氏珠母贝β-肌动蛋白基因(β-actin)(PFact)的全长cDNA序列,并研究了其在各组织中的特异性表达,对β-actin基因能否作为马氏珠母贝免疫相关基因表达分析的内参照进行了评估。
差减文库ESTs测序结果表明,在随机挑取的600个克隆中,共获得414个有效EST序列;BLAST同源性比对发现,167个EST序列(占40.34%)与NCBI数据库中已知功能蛋白质具较高同源性,其中7个EST序列(占1.69%)与免疫防御相关基因同源:此外,204个EST(占49.28%)在数据库中未发现同源序列。
应用cDNA末端快速扩增(RACE)技术成功克隆了PFHsp70、PFGal、PFaM、PFCatL、PFUb 5个免疫相关基因以及PFact基因的全长cDNA序列,并对其进行了全面的生物信息学分析。PFHsp70全长2376bp,包含89bp的5-编码区(UTR)和328bp的3’UTR;开放阅读框(ORF)1959bp,编码652个氨基酸,分子量计算值(MW)为71.42kDa,理论等电点(IP)为5.18; PFHsp70氨基酸序列包含核定位信号序列、ATP-GTP结合位点以及3个热休克蛋白70家族标签序列。PFGal全长1386bp,5UTR 26bp,3UTR 313bp;ORF 1047bp,编码348个氨基酸残基组成的蛋白质,MW为38.09kDa,IP为8.33;PFGal的氨基酸序列与皱纹盘鲍(Haliotis discus hannai)、菲律宾蛤仔(Venerupis philippinarum)半乳凝素同源性分别为49%和46%;Prosite程序分析表明,PFGal含有两个分别由133和137个氨基酸残基组成的串联重复的糖识别域(CRD);此外,PFGal无信号肽序列以及跨膜结构域。PFaM的cDNA序列全长4637bp,其中5UTR 10bp,3UTR 619bp;ORF 4008bp,编码1335个氨基酸,MW为149.52kDa,IP为5.97;PFaM氨基酸序列与栉孔扇贝(Chlamys farreri)、三角帆蚌(Hyriopsis cumingii)、褶纹冠蚌(Cristaria plicata)α2-巨球蛋白氨基酸序列的同源性分别为48%、46%和42%:PFαM氨基酸序列包含诱饵区、分子内硫酯键(PYGCGEQNM)和C-端受体结合区3个α2-巨球蛋白家族的功能域。PFCatL全长2004bp,其中5UTR 50bp,3UTR865bp,ORF 1089bp,编码362个氨基酸,其MW为40.52kDa,IP为5.20;生物信息学分析表明,PFCatL含有16个氨基酸残基组成的信号肽序列以及组织蛋白酶前体抑制功能域I29; Clustalw2多重比对发现PFCatL氨基酸序列在催化三联体Cys-His-Asn、底物结合位点以及二硫键形成相关的半胱氨酸残基位点高度保守。PFUb-因的cDNA序列全长914bp,其中5UTR Sbp,3UTR 219bp;ORF 690bp,编码229个氨基酸,其MW为25.77kDa,IP为7.38; BLASTx同源性分析表明,PFUb与太平洋牡蛎(Crassostrea gigas)多聚泛素的同源性高达99%;PFUb的ORF含3个重复单元(repeat unit),且每个重复单元均含有泛素的48Lys和76Gly功能位点。通过同源克隆以及RACE扩增,获得1608bp的PFact基因全长cDNA序列,其中包含82bp的5UTR,395bp的3UTR以及1131bp的ORF,编码376个氨基酸,其MW为41.76kDa,IP为5.29;BLAST分析表明PFact与数据库中其它已知肌动蛋白在DNA和氨基酸水平的同源性分别高达为82-90%和96-98%;通过氨基酸残基组成的比较以及多重比对分析发现,PFact为胞质型肌动蛋白,且与脊椎动物的胞质型肌动蛋白具有更近的亲缘关系。
应用Real-timePCR技术,以β-actin(PFact)和GAPDH基因为内参照,研究了PFHsp70、PFGal、PFaM、PFCatL、PFUb5个免疫相关基因在溶藻弧菌刺激前后马氏珠母贝足、外套膜、鳃、闭壳肌等8个组织中的表达变化。结果表明,除PFaM主要在马氏珠母贝血淋巴中表达外,PFHsp70、PFGal、PFCatL、PFUb在马氏珠母贝各组织中均有表达;溶藻弧菌能诱导马氏珠母贝各组织中PFHsp70、PFGal、PFUb的表达上调,而PFCatL的表达量仅在外套膜、鳃以及血淋巴组织中显著增加;在马氏珠母贝血淋巴中,PFHsp70与PFCatL在溶藻弧菌刺激4h后表达量达到最大,PFGal在刺激6h后表达量最大,而PFaM与PFUb则在刺激8h后表达量达到最大;此外,PFact在溶藻弧菌刺激前后同种组织间的表达差异不明显,而不同组织间的表达量存在显著差异,因此,PFact不适宜单独作为研究马氏珠母贝不同组织间免疫相关基因表达差异的内参基因。
本论文的研究结果为探讨马氏珠母贝免疫防御相关基因的作用机理和调控机制奠定了坚实的基础;丰富和发展了贝类分子免疫学的研究内容:对于全面了解和认识贝类免疫防御的分子机制,进而指导马氏珠母贝的遗传改良和抗病品系的培育都具有重要的理论指导意义。