针刺和热胁迫下家蝇幼虫的血淋巴蛋白质组研究

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目的:分析家蝇幼虫免疫诱导前后血淋巴中的免疫防御相关活性蛋白分子,以期获得家蝇幼虫的功能蛋白表达谱,为探索家蝇免疫机制、昆虫抗菌肽等活性蛋白的鉴定和开发等研究提供研究线索和理论依据。  方法:采用针刺和热诱导方法刺激家蝇幼虫,以破壁法制备家蝇幼虫血淋巴;采用2-D电泳技术对家蝇幼虫血淋巴标本差异蛋白进行初步筛选;采用同位素标记及相对定量技术(isobaric tags for relative and absolute quantification,iTRAQ)结合2D LC-MS/MS对家蝇幼虫诱导前后的血淋巴蛋白质组进行研究,使用uniprot.insecta.fasta数据库对在家蝇幼虫血淋巴差异蛋白质进行细胞定位、生物过程和分子功能分析;采用荧光定量技术PCR验证差异蛋白质的表达情况,使用2-△△Ct分析法对目的基因进行相对定量检测;采用荧光定量PCR技术研究家蝇幼虫不同发育阶段差异蛋白基因的表达情况。  结果:1、正常血淋巴双向电泳:共检测到601个蛋白点,蛋白点分子量主要分布在10kD-66kD之间,等电点主要分布在pH4-7之间。2、iTRAQ结合2D LC-MS/MS分析诱导前后差异蛋白:与对照组比较研究后,鉴定到539个差异蛋白质,其中100个蛋白质具有定量信息。针刺诱导后显著上调的蛋白有10个,下调蛋白3个(P<0.05);热诱导后显著上调的蛋白有4个,下调蛋白8个(P<0.05)。对鉴定到的差异蛋白进行理化性质分析和GO(gene ontology)注释分析发现这些蛋白分别具有抗菌、抗氧化、催化结合等功能,并参与了免疫、代谢、应激、转运等生物学过程,表明对家蝇幼虫经诱导后其血淋巴中多种功能蛋白的表达发生了变化。两种方法诱导后双翅肽的表达均有显著性上调,3-磷酸甘油醛脱氢酶和壳聚糖结合蛋白的表达均有显著性下调。3、荧光定量pcr表达差异蛋白基因:共表达了11个差异蛋白基因,针刺诱导组差异蛋白基因的表达水平均为上调;而热诱导组差异蛋白基因中有1个基因表达上调,2个基因的表达水平下调,其它差异蛋白基因的表达水平无明显变化。针刺诱导和热诱导均有显著性上调的差异蛋白基因为双翅肽,而均呈显著性下调的基因为氧化还原酶。4、双翅肽、热休克蛋白、微管蛋白、磷酸果糖醛缩酶4个差异蛋白基因在家蝇三龄幼虫不同发育阶段的荧光定量 PCR研究结果发现诱导后双翅肽的表达量3小时开始上升,24小时达高峰之后开始下降,48小时后仍有表达;热休克蛋白的表达量在诱导后也有明显上升,12小时后达到最高峰,之后开始下降,48小时后表达水平与诱导后3小时相当;微管蛋白和磷酸果糖醛缩酶在家蝇三龄幼虫的各发育阶段的表达量无明显变化。  结论:1、本研究首次将 iTRAQ标记结合二维液相色谱串联质谱技术用于昆虫血淋巴蛋白组的研究。建立针刺和热诱导后的差异蛋白质表达谱,数据显示鉴定到539个蛋白质,其中100个蛋白质具有定量信息,初步实现了对诱导前后家蝇幼虫血淋巴中差异蛋白的鉴定,为更多昆虫功能蛋白的筛选和鉴定奠定了基础。2、本研究通过对诱导后差异蛋白质组数据的理化性质分析、GO注释和KEGG代谢通路分析展示了参与家蝇幼虫免疫防疫的活性蛋白分子的蛋白质理化性质分布、GO注释特征和代谢网络。3、针刺诱导后鉴定的差异蛋白在蛋白表达水平和mRNA表达水平均有显著变化,而热诱导后仅在蛋白水平的表达有显著变化,在mRNA水平表达变化较小,说明家蝇幼虫可能在面对不同的环境胁迫时启动的防御机制有所不同。4、本研究中鉴定到了多种抗菌多肽,如抗真菌肽,天蚕素2,攻击素,双翅肽等,其中双翅肽的表达水平在蛋白水平和mRNA水平均有显著上调,说明家蝇幼虫在受到环境胁迫时血淋巴中的这些抗菌蛋白在其防御反应中发挥了重要作用,而双翅肽的显著上调表明其可能起到了更为积极的作用;而这些抗菌多肽与其他鉴定到的蛋白在家蝇幼虫的免疫防御中是否存在协同作用或相互影响,以及其机制如何,值得更深一步的研究。
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