小菜蛾GNBP2调控抗菌肽表达的研究

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革兰氏阴性菌结合蛋白(Gram-negative binding protein,GNBP)是一种重要模式识别受体,在识别入侵的病原微生物并激活Toll和Imd免疫信号途径中起开关作用,但是不同的昆虫利用不同模式识别蛋白对病原物的识别和激活下游效应因子,其机理不明确。为了详细了解GNBP家族在昆虫模式识别中的作用,本论文以重要蔬菜害虫小菜蛾(Plutella xylostella)为研究材料,对GNBP家族中的GNBP2基因在小菜蛾中功能进行了详细的研究,主要结果如下:利用RT-PCR和RACE技术获得小菜蛾GNBP2基因cDNA全长序列,命名为PxGNBP2,(GenBank no:MH319940)。基因序列全长为1673 bp,开放阅读框(ORF)为1473 bp,编码491个氨基酸,蛋白分子质量为52 kDa,等电点PI为6.73。生物学软件分析PxGNBP2含有一个由19个氨基酸残基组成的信号肽,不含跨膜区。系统进化树显示小菜蛾PxGNBP2氨基酸序列与菜粉蝶(Pieris rapae)、大斑蝶(Danaus plexippus plexippus)、凤蝶(Papilio xuthus)亲缘关系最近。为了进一步阐明小菜蛾PxGNBP2基因在小菜蛾体内的时空表达模式和对不同病原菌的敏感性,本研究利用qRT-PCR对其小菜蛾发育历期进行检测,小菜蛾PxGNBP2基因在各个龄期都有表达,在蛹期的表达量最高,其次是4龄幼虫;利用qRT-PCR对组织进行检测,PxGNBP2基因在中肠中的表达量最高。qRT-PCR检测PxGNBP2基因在不同的微生物侵染后表达模式,革兰氏阳性菌(金黄色葡萄球菌、苏云芽孢杆菌)和革兰氏阴性菌(大肠杆菌、粘质沙雷氏菌)都能诱导小菜蛾PxGNBP2基因上调表达,其中粘质沙雷氏菌在12 h时诱导表达最明显,达到差异显著水平,说明PxGNBP2基因对革兰氏阴性菌的敏感性最强。为了获得小菜蛾PxGNBP2蛋白及其抗血清,本论文构建了原核表达质粒pGEX4T-PxGNBP2,在表达宿主菌BL21(DE3)中进行表达。SDS-PAGE检测表明,融合蛋白在大肠杆菌中获得高效表达,分子量为52 kDa,与预测的蛋白分子量大小相一致。利用GST对融合蛋白PxGNBP2进行纯化,融合蛋白免疫新西兰大白兔,获得效价滴定很高的抗血清anti-PxGNBP2。Western blot检测显示,制备的抗血清能特异识别表达的融合蛋白。为了从mRNA水平上研究PxGNBP2基因的功能。本论文体外合成PxGNBP2基因的dsRNA,微量注射到4龄第一天小菜蛾后解剖中肠,qRT-PCR检测RNAi效果。结果显示注射12 h后,PxGNBP2基因的mRNA水平显著降低,达到差异极显著水平;我们进一步构建了表达质粒L4440-PxGNBP2,转化菌株HT115中进行表达后饲喂小菜蛾。qRT-PCR检测结果表明PxGNBP2基因在小菜蛾中肠中6h开始显著降低,一直持续到36h,18 h表达量最低,并进一步饲喂粘质沙雷氏菌(S.marcescens),12 h后取其中肠,qRT-PCR对其下游8个抗菌肽基因的表达情况进行检测,结果表明抗菌肽Defensin、Moricin、Gloverin、Cecropin1、Cecropin 2和Cecropin3能显著下调。以上研究表明,小菜蛾PxGNBP2基因能被革兰氏阳性菌和阴性菌诱导表达。将重组菌株HT115添食小菜蛾,可以沉默PxGNBP2的表达,进一步调控抗菌肽Defensin、Moricin、Gloverin、Cecropin1、Cecropin 2和Cecropin3的表达。本研究不但补充了βGRP的家族成员,而且还为研究其在免疫系统中的调控作用奠定了基础。
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