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柔嫩艾美耳球虫(Eimeria tenella)是一种寄生于鸡盲肠的单细胞寄生原虫,是鸡球虫病的主要病原体,目前国内外对鸡球虫病的防治主要依靠药物。长期使用药物使其对药物表现出严重的抗性,给禽类的养殖带来了大量的经济损失。为研究鸡球虫耐药性产生的机制,本实验室前期以柔嫩艾美耳球虫的药物敏感株(DS)为亲本,诱导出抗地克珠利耐药株(DZR)和抗马杜拉霉素耐药株(MRR)。对2个耐药株和敏感株进行转录组测序,筛选了敏感株与耐药株的差异表达基因。在此基础上,本研究选择4个在耐药株体内显著上调的基因,分别为柔嫩艾美耳球虫含HD域蛋白(HD domain-containing protein,EtHDCP)、3-磷酸甘油醛脱氢酶(Glyceraldehyde-3-phosphate dehydiogenase,EtGAPDH)、伴侣蛋白TCP-1环状复合物亚基α(T-complex protein1subunitα,EtTCP-1α)和苹果酸脱氢酶(Malate dehydrogenase,EtMDH)。对这4个基因进行特性和功能的初步分析,并用全基因组重测序的方法对敏感株和2个耐药株进行测序,以期蛋白水平和基因水平寻找球虫耐药性产生的可能机制。 1.EtHDCP、EtGAPDH、EtTCP-1α和EtMDH基因的克隆和生物信息学分析 以柔嫩艾美耳球虫敏感株孢子化卵囊cDNA第一链为模板,PCR扩增获得了EtHDCP、EtGAPDH、EtTCP-1α和EtMDH的ORF序列。EtHDCP的ORF序列长462bp,编码153个氨基酸,该基因编码的蛋白分子量为16.8kDa,没有跨膜结构和信号肽,功能域结构分析表明EtHDCP具有N-糖基化位点等多种结构域。EtGAPDH的ORF序列长1.020bp,编码339个氨基酸,该基因编码的蛋白分子量为37.3kDa,没有跨膜结构和信号肽,功能域结构分析表明EtGAPDH含有3-磷酸甘油醛脱氢酶的活性位点等多种结构域。EtTCP-1α的ORF序列长843bp,编码280个氨基酸。该基因编码的蛋白分子量为30.8kDa,役有跨膜结构和信号肽,功能域结构分析表明EtTCP-1α含有分子伴侣分子TCP-1标签2位点等多种结构域,属于TCP-1/cpn60分子伴侣家族。EtMDH的ORF序列长954bp,编码317个氨基酸。该基因编码的蛋白分子量为339kDa,没有跨膜区和信号肽,功能域结构分析表明EtMDH含有乳酸/苹果酸脱氢酶活性位点等多种结构域。利用定量PCR对柔嫩艾美耳球虫发育的4个不同阶段(未孢子化卵囊,Unsporated oocysts,UO,孢子化卵囊,Sporated oocysts,SO;子孢子,Sporozoites,SZ,第二代裂殖子,Second-generation merozoites,SM)中EtHDP、EtGAPDH、EtTCP-1α和EtMDH的mRNA转录水平进行检测,结果显示:EtHDCP基因在SM阶段高表达,在其他3个发育阶段的转录水平极低,EtGAPDH基因在4个发育阶段均有一定的转录,由高到底依次为SM、UO、SZ、SO,EtTCP-1α基因在UO、SO、SM阶段均有一定的转录,由高到底依次为SM、UO、SO,但在SZ阶段的转录水平极低,EtMDH基因在4个发育阶段均有一定的转录,由高到底依次为SM、UO、SO、SZ。 2.EtHDCP、EtGAPDH、EtTCP-1α和EtMDH原核重组蛋白的表达和功能初步分析 将EtHDCP、EtGAPDH、EtTCP-1α和EtMDH基因的ORF分别连接到原核表达载体pGEX-4T-2、pCOLDI、pET-28a和pGEX-4T-2中,构建了原核表达重组质粒pGEX-4T-EtHDCP、pCOLDI-EtGAPDH、pET-28a-EtTCP-1α和pGEX-4T-EtMDH。4个重组质粒经PCR和测序鉴定正确后,分别将其转入大肠杆菌BL21感受态细胞,经IPTG在不同条件下诱导,成功表达了重组蛋白GST-EtHDCP(rEtHDCP)、HIS-EtGAPDH(rEtGAPDH)、HIS-TCP-1α(rEtTCP-1α)和GST-EtMDH(rEtMDH)。经分析,重组蛋白rEtHDCP、rEtGAPDH和rEtTCP-1α都以包涵体形式表达,而rEtMDH则以可溶性形式表达。经切胶纯化(rEtHDCP、rEtGAPDH和rEtTCP-1α)和经GST柱(rEtMDH)纯化后分别获得了4个重组蛋白,用佐剂乳化纯化的rEtHDCP、rEtGAPDH、rEtTCP-1α和rEtMDH并分别免疫新西兰大白兔和BALB/c小鼠获得相应的多抗血清。经Western blot分析表明重组蛋白rEtHDCP、rEtGAPDH、rEtTCP-1α和rEtMDH都具有良好的反应原性,荧光定量PCR和Western blot分析表明EtHDCP、EtGAPDH、EtTCP-1α和EtMDH在2个耐药株的表达均上调,对EtGAPDH和EtMDH的酶活性分析表明2个耐药株的GAPDH和MDH活性均高于敏感株。利用间接免疫荧光定位对EtHDCP、EtGAPDH、EtTCP-1α和EtMDH在SZ和SM等虫体不同发育阶段的分布进行分析,结果显示:EtHDCP主要位于SZ和SM阶段的的虫体表面,SZ加入DF-1细胞48h后,蛋白表达增加,EtGAPDH主要位于SZ的表面和SM的细胞质,SZ加入DF-1细胞48h后,蛋白表达量增加;EtTCP-1α主要位于SZ和SM的表面,SZ加入DF-1细胞24h后,分布于除后端折光体外的整个虫体;EtMDH广泛分布于SZ阶段除折光体外的部分和SM的表面,SZ加入到DF-1细胞中2h后则主要分布于顶端,当SZ加入DF-1细胞48h后,蛋白表达增加。体外抑制实验表明,经anti-rEtHDCP和anti-rEtMDH抗体作用后的SZ入侵细胞能力明显下降,当抗体浓度升至400μg/mL时,anti-rEtHDCP抗体的抑制率超过40%,anti-rEtMDH的抗体抑制率为40%左右。 3.基于全基因组重测序的敏感株与耐药株SNP位点筛选 收集、纯化柔嫩艾美耳球虫DS、DZR、MRR的孢子化卵囊,提取虫体DNA,用全基因组重测序的方法对DS、DZR、MRR进行了分析,过滤原始数据得到有效数据,在40×覆盖深度下,使用PoPoolation2软件中的Fst与shding window方法,筛选到45个耐药相关基因,GO分析和KEGG分析表明,这些基因参与球虫的生物进程、细胞组成和分子功能。进一步对比分析发现耐药株体内存在乙酰辅酶A羧化酶基因(acetyl-CoA carboxylase,ACC)的50424C>S、50438G>K、50443G>R、51264A>R和51321C>S突变,而敏感株体内不存在;耐药株体内存在钙/钙调素依赖性3,5-环核苷酸磷酸二酯酶(calcrum/calmodulin-dependent3,5-cyclic nucleotide phosphodresterase,CaM-PDE)619583G>K、619603C>S、619605A>R和619607G>S突变,而敏感株体内不存在;敏感株体内存在热重复家族蛋白(Heat repeat family protein,HRFP)2164C>Y、2170T>W和2173G>R突变,而耐药株体内不存在。