家蝇2个几丁质酶基因的cDNA克隆及其功能初探

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目的:从家蝇的EST测序数据库中筛选获得家蝇的2个几丁质酶基因MDCⅠ、MDCⅡ,对这2个基因进行cDNA克隆及分子特性分析;探讨MDCⅠ、MDCⅡ基因在家蝇不同组织和发育时期的时空表达模式;初步研究这2个几丁质酶基因在家蝇免疫防御中的功能。  方法:1、MDCⅠ、MDCⅡ的cDNA克隆及序列分析。从课题组前期构建的家蝇幼虫EST数据库中筛选得到家蝇的2个几丁质酶基因序列,通过序列分析,预测其开放阅读框,根据其cDNA序列设计引物,克隆MDCⅠ、MDCⅡ基因;采用BLAST、EXPASY等生物信息学分析软件分析预测这两个基因编码蛋白的结构域,二级、三级结构及亚细胞定位等;从NCBI上下载其他物种相应基因的cDNA序列,借助MEGA5.0软件采用邻接法构建系统进化树。2、家蝇几丁质酶基因的时空表达分析。分别收集家蝇生活史各发育阶段不同虫态(卵、1龄幼虫、2龄幼虫、3龄幼虫、蛹),成虫不同性别(雌虫和雄虫)的虫体,提取总RNA后合成cDNA,以GAPDH基因为内参基因,采用实时荧光定量PCR(Real Time PCR)技术检测MDCⅠ、MDCⅡ基因不同发育时期的表达差异;通过对家蝇3龄幼虫的解剖,选择幼虫的6种具有典型特征的组织器官(脂肪体、唾液腺、中肠、气管、马氏管和体壁)。提取相应组织的总RNA并合成cDNA。采用Real Time PCR检测MDCⅠ、MDCⅡ基因的空间表达差异。3、几丁质酶基因在家蝇免疫防御中的功能初探。分别将定量的不同病原微生物(白色念珠菌、大肠杆菌和及黄色葡萄球菌)采用注射法导入到家蝇3龄幼虫体内,采用Real Time PCR检测诱导后不同时间点(3h、6h、12h、18h、24h、36h、48h)两种几丁质酶基因表达水平的变化。  结果:1、生物信息学分析结果显示,MDCⅠ的ORF框全长1512 bp,编码一个含503个氨基酸的蛋白多肽,理论分子量为56801.7Da,等电点为6.83;在蛋白质的N端含有一段信号肽和跨膜结构域,有6个蛋白激酶C磷酸化位点,具有糖苷水解酶的功能结构域,C端具有几丁质结合域,以及高度O-糖基化的链接区;MDCⅠ的三级结构有多个α螺旋和β折叠,通过不规则卷曲相连,进化树比对分析果蝇的cht8遗传距离较近;MDCⅡ基因的ORF框全长1374 bp,编码一个含457个氨基酸的蛋白多肽,理论分子量为51563.1Da,等电点9.13,与MDCⅠ相同,蛋白质N端含有一段信号肽和跨膜结构域,具有6个蛋白激酶C磷酸化位点和糖苷水解酶的功能结构域,但没有丁质结合区,模建的MDCⅡ也有多个α螺旋和β折叠,通过不规则卷曲相连的三维空间结构,进化树比对分析与果蝇成虫盘生长因子的遗传距离较近。2、MDCⅠ和MDCⅡ基因在家蝇体内的时空表达模式结果显示,在家蝇卵、各龄幼虫、蛹和雌雄成虫各阶段中,MDCⅠ和MDCⅡ基因均有不同程度的表达。MDCⅠ基因在2龄幼虫和3龄幼虫内表达量最高,比卵上调了26.538倍及21.407倍(均具有显著性差异),雄虫的上调倍数比雌虫高,为7.945倍,其表达水平排列均为2龄幼虫>3龄幼虫>1龄幼虫>雄虫>蛹>雌虫>卵。MDCⅡ基因在2龄幼虫中的表达最高,比卵期上调了65.345倍,3龄幼虫比卵期上调了30.910倍,其表达水平从大到小排列与MDCⅠ相同。3、家蝇3龄幼虫的各主要组织中,以体壁作为参照,MDCⅠ基因在唾液腺和中肠中的表达水平明显比体壁、气管和马氏管高,中肠的表达水平比体壁上调77076.32倍,唾液腺比体壁上调132993.85倍,MDCⅠ基因在各组织表达量为:唾液腺>中肠>马氏管>气管>脂肪体>体壁;MDCⅡ基因在唾液腺和脂肪体中的表达水平最高,分别是体壁的78260.68倍和5123.81倍,在各组织表达水平为:唾液腺>脂肪体>马氏管>中肠>气管>体壁。4、白色念珠菌诱导后,MDCⅠ和MDCⅡ基因在3h分别上调116.645倍、127.646倍;金黄色葡萄球菌诱导后,MDCⅠ基因并未表现出很明显的上调,MDCⅡ基因于3h后上调48.503倍;大肠埃希菌诱导后,MDCⅠ基因3h上调84.098倍,6h上调214.376倍,MDCⅡ基因3h上调73.619倍。  结论:1、本研究成功克隆了家蝇的2个几丁质酶基因,并对其分子特性进行了分析。2、初步揭示了MDCⅠ、MDCⅡ基因在家蝇体内的时空表达模式,提示几丁质酶基因在家蝇生长发育过程中具有重要作用。3、MDCⅠ、MDCⅡ基因在家蝇幼虫受到病原微生物攻击后表达量明显上调,提示这2个几丁质酶基因参与了家蝇的免疫防御过程,与家蝇幼虫的抗菌能力有直接关系。
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