埃及伊蚊和骚扰阿蚊多巴脱羧酶的生化特性分析及在埃及伊蚊中的功能研究

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蚊虫是一种重要的外寄生虫,在分类学上,蚊虫属于双翅目昆虫,是世界上第一大疫病传播生物媒介。多巴脱羧酶(Dopa decarboxylase,DDC)是一种吡哆醛-5-磷酸依赖性酶,属于磷酸吡哆醛依赖的天冬氨酸转氨酶超家族。在酪氨酸代谢通路中DDC可催化左旋多巴转化为多巴胺,最终促进黑色素的合成,此通路能够影响蚊虫表皮与卵壳的形成、创口愈合以及昆虫免疫等,所以研究蚊虫的DDC有助于理解蚊虫生理行为及免疫的分子机制,从而为蚊虫的防控提供理论支持。本实验从NCBI的Gen Bank数据库中得到埃及伊蚊DDC(Aedes aegypti DDC,Ae-DDC)和骚扰阿蚊DDC(Armigeres subalbatus DDC,As-DDC)基因序列,通过生物信息学分析,利用MAGE 7构建系统进化树,对DDC蛋白种类分布分析证明,AeDDC与As-DDC蛋白进化高度一致,对信号肽等进行预测分析证明DDC蛋白为非分泌蛋白,对跨膜结构域、蛋白二三级结构等的预测证明埃及伊蚊DDC蛋白为定位于细胞质无跨膜结构的亲水性蛋白。为进一步验证DDC的生化特性及生理功能,首先利用原核表达系统,表达出Ae-DDC和As-DDC蛋白,并以左旋多巴为底物,进行酶活测定并计算酶活力。结果表明两种DDC均对底物多巴有明显的酶活反应,并对两种DDC酶活力进行比较,实验结果表明两者间酶活力差异较小,与蛋白结构预测分析基本一致,说明DDC基因在进化过程中较为保守,对于埃及伊蚊和骚扰阿蚊都非常重要。为进一步探究DDC在蚊虫的功能,本实验选取埃及伊蚊为研究对象,首先通过荧光定量PCR技术构建DDC基因在埃及伊蚊中的时空表达谱,然后利用RNAi技术敲低埃及伊蚊成蚊DDC基因的表达。其时空表达谱结果显示,DDC基因在卵期表达量高于其它龄期幼虫。在不同组织的相对表达量中,DDC基因在卵巢中表达量水平约为胸部的5.35倍,是表皮和中肠的6.63倍和38.9倍。上述结果表明,DDC可能在卵发育时期发挥着重要功能。RNAi结果显示,两个对照组间的产卵量和卵孵化率均无显著性差异(DEPC组产卵量和卵孵化率分别为122个/只蚊和95.1%,P>0.05;ds GUS组产卵量和卵孵化率分别为120个/只蚊和92.9%,P>0.05),但实验组(ds DDC注射组)的产卵量(39个/只蚊)和孵化率(10%)均显著低于对照组(P<0.0001)。接下来我们也对干扰组卵的抗干燥能力进行了测定,在低湿度条件下(室温26℃,0-5%湿度),0~10 min之内,对照组蚊卵壳结构和饱和度基本无变化,而ds DDC组蚊卵壳结构出现坍塌,卵饱和度明显下降;30分钟之后,ds DDC组蚊卵已脱水干瘪,而两组对照组蚊卵仍保持较高的饱和度。RNAi介导的Ae-DDC基因沉默后,埃及伊蚊雌蚊的产卵量与卵的孵化率明显降低,并且蚊卵的抗干燥能力出现下降。本研究初步推断DDC基因从埃及伊蚊卵的形成到发育过程起到重要的调控作用。
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