家蚕C-型凝集素11(BmCTL11)的表达特征及功能初探

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昆虫是地球生态系统中一类具有重要地位的生物,已经报道的大约有100多万种。作为无脊椎动物,昆虫缺少高等动物的适应性免疫,然而经过长期的自然进化,它们已然形成了一套高效快速的防御体系用于防御外界微生物或病原生物的侵染。在微生物表面存在保守度较高的病原相关分子模式(PAMPs),无脊椎动物利用体内含有的模式识别受体(PRRS)能够识别病原生物的PAMPs,从而辨别病原启动进一步的免疫。  家蚕是重要的经济昆虫,同时也是重要的鳞翅目模式昆虫,与大多数无脊椎动物一样,其体内有多种免疫识别分子/受体,其中一类称为C-型凝集素。本论文利用家蚕为实验材料,研究家蚕体内的一类C-型凝集素。通过本实验室前期的研究工作,即家蚕微孢子虫(Nosema bombycis)诱导家蚕全基因组转录应答分析显示,家蚕C-型凝集素11基因(BmCTL11)在感染中后期持续高量表达,因此,本论文选择BmC TL11基因,对其进行克隆表达和制备抗体,并对其转录特征及功能进行分析,主要研究结果如下:  1.BmCTL11的生物信息学分析  对BmCTL11基因序列分析发现,该基因位于第10号染色体上;BmCTL11编码一个含有307个氨基酸的多肽,蛋白预测分子量34.51KDa,等电点是4.69,包含两个串联的典型的C-型凝集素糖识别结构域(CRD),分别是CRD1(47--148位氨基酸)和CRD2(184--303位氨基酸),编码蛋白的开放阅读框大小为924bp,无内含子。1--22位氨基酸为信号肽,含有两个潜在的N-糖基化位点,分别位于N214和N253氨基酸,对其二级结构的预测显示BmCTL11含有4个α螺旋和18个β折叠,且其C端有甘露糖结合位点,暗示BmCTL11具有糖结合能力。分析正常家蚕的芯片数据,BmCTL11(BGIBMGA006623,sw21899)在脂肪体、表皮、卵巢、精巢、头等组织中转录,卵巢中的转录水平高于精巢,其中脂肪体的转录水平最高,暗示该基因可能在免疫防御中发挥一定的作用。并且经N.bombycis诱导后,BmCTL11明显上调表达。  2.BmCTL11基因表达谱分析  对家蚕不同组织进行RT-PCR分析,结果显示:BmCTL11主要在脂肪体、马氏管和生殖腺中转录,在丝腺和气管中的转录水平较低,但在脂肪体中的转录水平较高;BmCTL11在家蚕的整个幼虫时期几乎都有转录,在蛹的后期没有转录,这暗示BmCTL11在家蚕的幼虫时期具有重要作用;此外,黑胸败血芽孢杆菌(Bb)、粘质沙雷氏菌(Serratia marcescens)、毕赤酵母(Gs115)、球孢白僵菌(Bba)、家蚕微孢子虫(N.bombycis)、家蚕核型多角体病毒(BmNPV)6种微生物诱导BmCTL11的qRT-PCR分析结果表明该基因能够被不同病原诱导上调表达,且在24h内BmCTL11的变化明显,推测该基因在在病原侵染家蚕初期可能扮演着重要的角色。  3.Bm CTL11的克隆表达及其抗体制备  利用BmCTL11的序列,设计去除信号肽序列的克隆引物,扩增片段酶切后插入表达载体pET32,构建pET32-BmCTL11融合表达载体,验证正确后,导入Rosetta表达菌株,通过IPTG诱导表达,SDS-PAGE检测结果显示该重组蛋白以可溶蛋白和包涵体蛋白两种形式表达。以纯化后的rBmCTL11免疫昆明鼠制备rBmCTL11鼠源的多克隆抗体,ELISA方法测定抗体效价超过1∶102400。使用rBmCTL11多克隆抗体与家蚕的组织蛋白进行Western blotting分析,发现在60KDa位置附近有杂交信号,与预测大小34.51KDa大小不一致,推测有如下可能:存在翻译后修饰;自身形成二聚体;与家蚕体内的其它凝集素形成异二聚体或与家蚕体内其他蛋白形成复合体。  4.BmCTL11的功能初探  纯化rBmCTL11获取可溶蛋白后,进行rBmCTL11的结合试验。糖结合实验结果显示rBmCTL11具有甘露糖、脂多糖(LPS)和半乳糖(Gal)的结合活性,并且rBmCTL11与LPS的结合具有钙离子依赖性,说明rBmCTL11与大肠杆菌的结合具有钙离子依赖性;黑胸败血芽孢杆菌、粘质沙雷氏菌、毕赤酵母和的结合实验结果表明rBmCTL11能够明显结合这四种微生物,并且rBmCTL11能够凝集黑胸败血芽孢杆菌、粘质沙雷氏菌和毕赤酵母,推测rBmCTL11可能是通过识别病原表面的某些成分触发家蚕的先天免疫反应。为进一步研究BmCTL11蛋白是否参与家蚕先天免疫,本文对家蚕血细胞的包被实验和血浆的黑化实验进行了研究,实验结果显示rBmCTL11能够促进家蚕血细胞的包被与黑化反应,并且在甘露糖、海藻糖、脂磷壁酸(LTA)和LPS存在时,包被作用效果明显增强;同时,对BmCTL11对家蚕酚氧化物酶原(prophenoloxidase,PPO)的激活的研究结果显示BmCTL11能够激活PPO,促进血浆黑化,在LTA、LPS等多种糖的作用下黑化效率明显增强,其中LTA的效果最明显。本文对rBmCTL11的研究为家蚕病原微生物防御机制和家蚕抗性素材构建方面奠定新的基础。
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