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泛素(Ubiquitin)是一种广泛存在于真核细胞中的小分子量蛋白质,其基本功能是通过泛素-蛋白水解酶复合体通路(Ubiquitin proteasome pathway,UPP)高效并高度选择性降解蛋白质。昆虫泛素在调控转录因子、调节细胞周期、细胞凋亡、细胞生长以及信号转导中起重要作用。
本文以小菜蛾Plutella xylostella (L.)为试虫,克隆了小菜蛾泛素延伸蛋白基因Px-ubi,对Px-ubi进行了原核表达和分离纯化,研究了其时空表达特征,并应用RNAi技术初步研究了Px-ubi和几丁质酶之间的关联作用,为进一步研究Px-ubi在小菜蛾发育与环境适应进化中的功能提供基础。主要结果如下:
根据GenBank中登录的昆虫泛素延伸蛋白基因序列,设计简并引物,采用RT-PCR和RACE方法,从小菜蛾3龄幼虫中克隆获得泛素延伸蛋白基因Px-ubi全长序列(GenBank登录号FJ527489)。Px-ubi核苷酸序列全长537bp,其中开放阅读框全长387bp,编码128个氨基酸残基,预测相对分子量16.7kDa,等电点9.1。Px-ubi与己知真核生物泛素延伸蛋白的同源性为92%-98%。利用软件Discovery studio进行同源建模,获得Px-ubi基因编码蛋白的理论三维结构,结果显示,Px-ubi的三维结构主要由1个α螺旋、4个β折叠以及β转角和不规则卷曲组成,4个β折叠两两反向平行排列在α螺旋的一侧。
将该基因重组到表达载体pET-32a(+)中,获得重组质粒pET32α-Pxubi,并转入原核细胞中表达。SDS-PAGE和Western blot分析表明,经IPTG诱导后,Px-ubi能在大肠杆菌BL21中高效表达,电泳检测到约16.7kD的特异性外源蛋白,与预测的Px-ubi蛋白分子量相吻合,培养温度和时间对Px-ubi原核表达的影响不显著。
运用荧光定量PCR的方法,研究了Px-ubi在小菜蛾生长发育阶段的表达。结果表明,Px-ubi在小菜蛾各个龄期是普遍存在的,其中在卵期、3龄幼虫和预蛹期的含量较高,成虫期含量较低,表明Px-ubi可能在小菜蛾虫态转换的关键生理发育时期中具有重要作用。
应用RNAi技术沉默Px-ubi,测定小菜蛾几丁质酶活力的变化情况,探究二者之间可能存在的关系。结果表明,当饲喂到小菜蛾3龄幼虫24h时基因沉默效果达到最好。应用DNS法测定RNAi处理和未处理的不同发育阶段的小菜蛾几丁质酶活力,结果显示当Px-ubi的沉默效果达到最好时,被处理的小菜蛾的几丁质酶活力也达到最高,间接说明Px-ubi与小菜蛾几丁质酶活性之间可能具有紧密的关联作用,推测Px-ubi可能参与小菜蛾表皮形成或蜕皮过程,从而调节小菜蛾生长发育。