几种鳞翅目溶菌酶的克隆及酵母表达研究

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溶菌酶以两个活性位点作用于细菌肽聚糖N-乙酰胞壁酸和N-乙酰葡糖胺之间的β-1,4糖苷键,使糖苷链断裂而消解细菌细胞壁。大多数c-type溶菌酶仅对革兰氏阳性菌有抑制作用。目前为止,有四种鳞翅目昆虫溶菌酶被报道对革兰氏阴性菌具有较强的抑制效果。这四种鳞翅目溶菌酶均具有与其他溶菌酶不同的结构特征,这些特征与抑制革兰氏阴性菌相关的原因可能与有利于穿过革兰氏阴性菌细胞壁双脂层而到达肽聚糖层有关。是否所有的鳞翅目溶菌酶都具有与这四种鳞翅目溶菌酶相似的结构特征?并且都具有抑制革兰氏阴性菌的潜力?对这两个问题的回答将有利于解析鳞翅目溶菌酶独特的抑制革兰氏阴性菌的功能,有利于阐明溶菌酶与细菌的互作机制,从而设计并开发出有利于抑制革兰氏阴性菌药物。  本论文以此为出发点,一方面构建已知鳞翅目溶菌酶基因的重组载体,在酵母表达系统中表达,并对表达产物进行抑菌活性测定;另一方面通过RACE技术克隆未知鳞翅目溶菌酶基因,获得如下主要实验结果:  (1)基于GenBank己注册的鳞翅目溶菌酶基因序列的保守区域,设计一对简并引物,以反转录第一链为模板,扩增溶菌酶基因片段序列。采用RACE技术,设计4对特异引物,分别得到3’端和5’端序列,拼接后获得全长溶菌酶基因cDNA。通过基因组扩增,获得米蛾、荔枝蒂蛀虫和稻纵卷叶螟的全基因序列,与其他溶菌酶相同,它们包含三个外显子和两个内含子,外显子的大小变异不大,而第二个内含子大小相差279bp,而且与其他鳞翅目溶菌酶相比,稻纵卷叶螟溶菌酶在基因大小和氨基酸特征都显示较大的变异。  (2)基于已知鳞翅目溶菌酶成熟肽氨基酸所构建的NJ树,稻纵卷叶螟溶菌酶与其他已知的鳞翅目昆虫溶菌酶分离开来,自成一枝,其他溶菌酶接着分出由三种溶菌酶组成的一枝[小菜蛾(亚洲玉米螟、荔枝蒂蛀虫)],余下的溶菌酶中,菜粉蝶溶菌酶自成一枝,其他的又分为两亚枝,一枝为天蚕蛾类,由“米蛾、{[(眉纹天蚕蛾、古比惜天蚕蛾)、(柞蚕、Antheraea assama)]、[家蚕、(烟草天蛾、白薯天蛾)]}”构成,另一枝为夜蛾类,由“美国白蛾、{(凝尺蠖、大豆尺夜蛾)、[((斜纹夜蛾、甜菜夜蛾)、烟芽夜蛾)、(西部豆夜蛾、(棉铃虫、(美洲棉铃虫、大蜡螟)]}”。  (3)构建了溶菌酶基因重组载体,利用电转化方法,成功将重组表达质粒转入毕赤酵母宿主GS115中。经1%甲醇诱导表达72h后,表达上清液经SDS-PAGE检测,得到约14kDa目的带,证明溶菌酶表达量达到可检测水平量。扩大培养表达,对表达上清液进行抑菌活性测试,以空载体和无菌水做阴性对照,在表达的四种溶菌酶中,三种鳞翅目溶菌酶表达产物均显示对革兰氏阳性菌金黄葡萄球菌(Staphylococcus aureus)和革兰氏阴性菌水稻白叶枯病菌(Xanthomonasoryzae)有抑菌活性。这是继四种抑制革兰氏阴性菌鳞翅目溶菌酶后,本论文又添加了斜纹夜蛾溶菌酶和甜菜夜蛾溶菌酶对革兰氏阴性菌的抑菌活性,也添加了亚洲玉米螟抑制水稻白叶枯病菌的抑菌谱。而家蝇则没有检测到抑菌圈,主要承担消化功能的家蝇酸性溶菌酶的抑菌环境和抑菌效果还有待更详细的研究。  本论文的实验结果,为鳞翅目溶菌酶抑制革兰氏阴性菌这一独特功能又提供了更多的实验证据。所克隆的四种鳞翅目溶菌酶基因序列也进一步证明鳞翅目溶菌酶普遍存在着区别于其他溶菌酶的,有利于穿越革兰氏阴性菌双脂层的分子结构特征。将为把鳞翅目溶菌酶做为一种作用革兰氏阴性菌的分子模型提供更多基础数据,具有重要的理论意义和潜在的应用价值。
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