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溶茧酶是蚕蛾在羽化的过程中分泌的一种蛋白水解酶,用于水解、软化茧的先端,以便于羽化后的蚕蛾脱茧而出。研究家蚕蛾溶茧酶,不仅对蚕蛾脱茧而出这一生理过程的认识具有重要的理论意义,而且对蚕丝蛋白的进一步开发利用也将产生积极的影响。
本文以公布的溶茧酶基因部分序列为基础(GenBank登录号:AB257565),从刚羽化的家蚕蛾的头部提取总RNA,利用cDNA末端快速扩增技术(rapidamplification of cDNA Ends,RACE)克隆了家蚕溶茧酶5端和3端序列,获得了家蚕蛾溶茧酶基因全长cDNA序列(GenBank登录号:EF428980),该序列全长cDNA有1 047 bp,包括54 bp的5端非编码区(5qUTR)、780 bp的蛋白质编码区、终止密码子TAA和210 bp的3端非编码区(3UTR)。该序列可编码260个氨基酸的蛋白质,预测蛋白质分子量为27.6 kD,等电点(pI)为8.886。与家蚕基因组比对后发现该基因包含4个内含子和5个外显子,外显子/内含子边界符合经典的GT-AG规则。用Signa1 P 3.0 Server程序分析家蚕蛾溶茧酶基因,预测其从第1-22位为信号肽序列。SMART分析结果预测其第34.254位氨基酸序列具有类胰蛋白的丝氨酸蛋白酶活性,并且利用生物软件DNASTAR分析了家蚕蛾溶茧酶基因cDNA序列的调控元件,这些可为今后对溶茧酶基因的进一步研究提供参考。
构建的重组质粒pET-32a-Cocoonase转化E.coli BL21进行原核表达,SDS-PAGE分析结果表明,家蚕溶茧酶基因以融合蛋白形式表达,相对分子量为48 kD。本研究还进一步构建了该基因的真核表达载体,在Bac-to-Bac系统中进行表达,表达的27.6 kD蛋白,与推导的融合蛋白大小相符。该表达产物与茧丝反应后,在电镜下观察茧丝的形态,结果表明,表达产物对茧丝的丝胶层有一定的水解作用。
为了利用家蚕溶茧酶基因的启动子构建能够表达外源基因的生物工厂,通过PCR扩增获得该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Cocoonase启动子驱动报告基因GFP的重组病毒载体Bac-CN-GFP-PolyA,并在草地贪夜蛾Sf9细胞中进行了表达。结果显示:Cocoonase基因的启动子序列符合真核生物启动子的特点,并具有复杂的茎环结构,这可能与蛋白表达的时空特异性有关。病毒转染试验表明:Cocoonase基因启动子可以驱动绿色荧光蛋白基因GFP在培养的Sf9细胞中表达。