草鱼NADPH氧化酶基因的克隆和Nrf2基因的功能分析

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草鱼(Ctenopharyngodon idellus)是我国淡水鱼类中重要的养殖种类,2016年年产量超过500万吨。随着养殖条件的逐渐恶化,多种病原侵染草鱼,严重影响草鱼的养殖。对草鱼免疫特性的研究,可以为高效防控草鱼疾病提供依据。呼吸爆发(Respiratory Burst,RB),也叫氧爆发,是不同类型细胞快速释放活性氧(Reactive Oxygen Species,ROS)的过程,在免疫系统中发挥着重要作用。NADPH(Nicotinamide Adenine Dinucleotide Phosphatenitric)氧化酶,是ROS产生的主要来源,包含P40phox、P47phox、P67phox、P22phox和P91phox 5个亚基基因。核因子E2相关因子2(Nuclear factor erythroid-2 related factor 2,Nrf2),转录因子的一种,通过和抗氧化原件ARE结合,激活下游抗氧化基因和Ⅱ相代谢酶的转录进而调控氧化应激。在哺乳动物中,NADPH氧化酶和Nrf2基因的研究较多,但在鱼类中的研究较少。本研究克隆分析了草鱼NADPH氧化酶5个亚基基因和Nrf2基因的c DNA序列,并制备了P40phox和Nrf2的兔源多克隆抗体;结合RT-q PCR(real-time quantitative PCR)和WB(Western Blotting)技术分别从m RNA水平和蛋白水平研究了Nrf2在正常和感染状态下的组织分布;从细胞水平研究了Nrf2参与调控柱状黄杆菌(flavobacterium columnare FC-Pf1 strain,FC-Pf1)感染草鱼肾细胞株(CIK)引起的氧化应激。本研究获得的主要结果如下:1、草鱼Nrf2基因(Genbank accession Number:KX243419)ORF(open reading frame)区为1782 bp,编码593 aa;在线软件未预测到序列的信号肽,有7个保守的Neh功能区。P40phox(Genbank accession Number:KX243424)ORF区为1068 bp,编码355 aa;在线软件未预测到序列的信号肽,含有保守的PX、SH3和PB1结构域。P47phox(Genbank accession umber:KX243421)ORF区为1233 bp,编码410 aa;在线软件未预测到序列的信号肽,含有保守的PX、SH3、SH3和Pfam结构域;多重序列比对结果显示,氨基酸序列还含有保守的AIR和PRR区。P91phox(Genbank accession Number:KX243421)ORF区为1359 bp,编码452 aa。在线软件未预测到序列的信号肽,含有一个跨膜区域、Ferric reduct区、FAD结合域和NAD结合域。P22phox(Genbank accession Number:KX243420)ORF区为561 bp,编码186 aa。在线软件未预测到序列的信号肽,只含有一个结构域,即细胞色素B558a。多重序列比对结果显示,P22phox还含有两个TM和一个PRR区。P67phox(Genbank accession Number:KX243422)ORF区为1593 bp,编码530 aa。在线软件未预测到序列的信号肽,含有跨膜结构、TPR、两个SH3和PDB结构域。多重序列比对结果显示,P67phox还含有4个TPR、1个AD区。2、利用扩增到的序列,分别与p GEX-5X-1和p ET-32a质粒构建重组质粒,原核表达后免疫大耳白兔,制备特异性的草鱼P40phox和Nrf2兔源多克隆抗体。3、在正常草鱼的待检组织都检测到Nrf2,且m RNA水平体肾组织Nrf2的表达最多;蛋白水平Nrf2表达最多的头肾组织。FC-Pf1感染状态下,Nrf2和炎症因子TNF-α、IL-1β在草鱼肝脏、脾脏、头肾和体肾组织中的表达呈波动分布。4、FC-Pf1感染CIK细胞后,结合q PCR、WB和共聚焦技术,发现细胞内的Nrf2及一些抗氧化基因被激活,推测Nrf2可以保护机体调控FC-Pf1感染引起的免疫反应。5、Nrf2激活剂t BHQ和FC-Pf1相继处理CIK细胞后,细胞产生的ROS下调,炎症因子TNF-α、IL-1β的表达受到抑制,Nrf2、GST和HO-1的表达增加,表明Nrf2可能通过Nrf2/ARE信号通路参与调控FC-Pf1感染引起的氧化应激。
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