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致命鹅膏Amanita exitialis Zhu L.Yang& T.H.Li是广东省蘑菇中毒致死事件的“头号杀手”,其所含环肽毒素既具强致死性,又有广阔应用前景,是医药业寻找新药物的重要资源。已有研究表明,脯氨酰寡聚酶(POP)是鹅膏肽类毒素生物合成过程中一种关键酶,但目前对该酶基因的研究很少,尤其是对我国剧毒鹅膏菌POP基因研究尚未见报道。
本研究以我国特有的剧毒鹅膏种类-致命鹅膏为材料首次克隆和分析了其脯氨酰寡聚酶基因POPA和POPB基因全长序列,并将其分别命名为AePOPA和AePOPB,预测并分析了两个基因编码的氨基酸序列及其蛋白结构;探讨了AePOPB在致命鹅膏菌子实体不同生长时期和部位中的表达规律,并分析了该基因与主要鹅膏肽类毒素α-鹅膏毒肽合成(α-amanitin)及其编码基因Aeα-AMA的表达关系;同时还探讨了AePOPB基因在致命鹅膏中的拷贝数,主要结果如下:
1、首次克隆并分析了致命鹅膏POPA和POPB的编码基因cDNA全长序列,其长度分别为2286bp和2193bp,分别编码761和730个氨基酸;以AePOPA和AePOPB的cDNA序列为参考设计引物,对致命鹅膏基因组DNA进行扩增测序,获得AePOPA和AePOPB的基因全长序列分别为3135bp和3144b p;对比分析表明 AePOPA和AePOPB基因都含有18个外显子和17个内含子,在线分析工具预测其编码的POPA和 POPB的结构域,结果发现 POPA和 POPB蛋白的结构域组成单一,主要是由Peptidase_S9_N和Peptidase_S9组成。疏水性/亲水性分析表明POPA和POPB的亲水性氨基酸从N端到C端均匀分布,两者都属于亲水性蛋白。
2、与NCBI上其他物种的POP序列对比发现,致命鹅膏AePOPB编码前体肽序列与双孢鹅膏的AbPOPB编码前体肽序列具有较高的同源性,为97%,进化分析发现它们聚为一支,而与纹缘盔孢伞和乳白锥盖伞中POPB编码前体肽序列的同源性较差,分别为76%和57%。致命鹅膏AePOPA编码的氨基酸序列也与双孢鹅膏AbPOPA编码的AbPOPA序列具有较高的同源性,为95%。表明在鹅膏属剧毒种类中,脯氨酰寡聚酶与其编码基因POPA和POPB高度保守。
3、对致命鹅膏中的60S、GAPDH、NADH、RPB2和β-actin这5个内参基因的表达稳定性进行分析,结果显示:β-actin在致命鹅膏菌中表达相对稳定,可以作为本研究的最佳内参。采用qRT-PCR对AePOPB和Aeα-AMA在致命鹅膏菌的四个不同生长时期和三个部位的表达差异进行分析,结果表明:AePOPB和Aeα-AMA在延伸期时具有较高的表达水平,且在菌托中始终是最低表达水平,另外AePOPB和Aeα-AMA的表达规律呈现一致性。本研究也对致命鹅膏各个时期和各部位的α-鹅膏毒素进行了含量测定,结果表示:在延伸初期,菌柄中毒素的含量最高;在延伸后期和成熟前期,菌盖中的毒素含量最高。上述结果表明AePOPB和Aeα-AMA的大量表达存在于致命鹅膏生长过程中的早期,而毒素大量积累则在其生长过程的中期;且毒素相关基因在致命鹅膏不同部位的表达量与毒素含量具有高度的一致性。
4、对AePOPB基因序列进行酶切位点分析,选取内切酶PstI对基因组进行单酶切。进行southern blot实验,结果显示酶作用后的样品在杂交膜上出现2条分散条带,表明AePOPB基因在致命鹅膏基因组中以双拷贝的形式存在。
综上所述,本研究明确了致命鹅膏中AePOP基因的全长序列及其结构,同时也验证了AePOPB基因在致命鹅膏肽类毒素合成中的作用,为今后深入研究致命鹅膏肽类毒素合成途径及其调节机理奠定了基础。
本研究以我国特有的剧毒鹅膏种类-致命鹅膏为材料首次克隆和分析了其脯氨酰寡聚酶基因POPA和POPB基因全长序列,并将其分别命名为AePOPA和AePOPB,预测并分析了两个基因编码的氨基酸序列及其蛋白结构;探讨了AePOPB在致命鹅膏菌子实体不同生长时期和部位中的表达规律,并分析了该基因与主要鹅膏肽类毒素α-鹅膏毒肽合成(α-amanitin)及其编码基因Aeα-AMA的表达关系;同时还探讨了AePOPB基因在致命鹅膏中的拷贝数,主要结果如下:
1、首次克隆并分析了致命鹅膏POPA和POPB的编码基因cDNA全长序列,其长度分别为2286bp和2193bp,分别编码761和730个氨基酸;以AePOPA和AePOPB的cDNA序列为参考设计引物,对致命鹅膏基因组DNA进行扩增测序,获得AePOPA和AePOPB的基因全长序列分别为3135bp和3144b p;对比分析表明 AePOPA和AePOPB基因都含有18个外显子和17个内含子,在线分析工具预测其编码的POPA和 POPB的结构域,结果发现 POPA和 POPB蛋白的结构域组成单一,主要是由Peptidase_S9_N和Peptidase_S9组成。疏水性/亲水性分析表明POPA和POPB的亲水性氨基酸从N端到C端均匀分布,两者都属于亲水性蛋白。
2、与NCBI上其他物种的POP序列对比发现,致命鹅膏AePOPB编码前体肽序列与双孢鹅膏的AbPOPB编码前体肽序列具有较高的同源性,为97%,进化分析发现它们聚为一支,而与纹缘盔孢伞和乳白锥盖伞中POPB编码前体肽序列的同源性较差,分别为76%和57%。致命鹅膏AePOPA编码的氨基酸序列也与双孢鹅膏AbPOPA编码的AbPOPA序列具有较高的同源性,为95%。表明在鹅膏属剧毒种类中,脯氨酰寡聚酶与其编码基因POPA和POPB高度保守。
3、对致命鹅膏中的60S、GAPDH、NADH、RPB2和β-actin这5个内参基因的表达稳定性进行分析,结果显示:β-actin在致命鹅膏菌中表达相对稳定,可以作为本研究的最佳内参。采用qRT-PCR对AePOPB和Aeα-AMA在致命鹅膏菌的四个不同生长时期和三个部位的表达差异进行分析,结果表明:AePOPB和Aeα-AMA在延伸期时具有较高的表达水平,且在菌托中始终是最低表达水平,另外AePOPB和Aeα-AMA的表达规律呈现一致性。本研究也对致命鹅膏各个时期和各部位的α-鹅膏毒素进行了含量测定,结果表示:在延伸初期,菌柄中毒素的含量最高;在延伸后期和成熟前期,菌盖中的毒素含量最高。上述结果表明AePOPB和Aeα-AMA的大量表达存在于致命鹅膏生长过程中的早期,而毒素大量积累则在其生长过程的中期;且毒素相关基因在致命鹅膏不同部位的表达量与毒素含量具有高度的一致性。
4、对AePOPB基因序列进行酶切位点分析,选取内切酶PstI对基因组进行单酶切。进行southern blot实验,结果显示酶作用后的样品在杂交膜上出现2条分散条带,表明AePOPB基因在致命鹅膏基因组中以双拷贝的形式存在。
综上所述,本研究明确了致命鹅膏中AePOP基因的全长序列及其结构,同时也验证了AePOPB基因在致命鹅膏肽类毒素合成中的作用,为今后深入研究致命鹅膏肽类毒素合成途径及其调节机理奠定了基础。