重组丝氨酸蛋白酶抑制剂ApSerpin-FA72的功能及抑虫机理的研究

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蛋白酶抑制剂能够抑制蛋白酶水解活性,显著干扰昆虫的正常生长发育。昆虫中肠内部消化酶抑制剂主要包括蛋白酶抑制剂与淀粉酶抑制剂,而丝氨酸蛋白酶抑制剂属于蛋白酶抑制剂。丝氨酸蛋白酶抑制剂FA72(Ap Serpin-FA72)是从光滑鳖甲中克隆、表达、纯化的一种丝氨酸蛋白酶抑制剂。为了探索Ap Serpin-FA72对茶尺蠖的抑虫活性和机制,本文利用大肠杆菌的原核表达、镍柱亲和层析与饱和硫酸铵沉淀法纯化蛋白;利用包涵体变复性的方法获得大量条带单一的可溶性目的蛋白,并测定了其生物活性;高密度发酵生产获得大量Ap Serpin-FA72;测定丝氨酸蛋白酶抑制剂对胰蛋白酶最适的反应温度、p H与半抑制浓度IC50。测定茶尺蠖的中肠蛋白酶酶活和重组蛋白Ap Serpin-FA72对中肠酶活的抑制,通过浸叶法涂抹测定了几种杀虫剂与Ap Serpin-FA72对茶尺蠖的抑虫活性和取食的倾向性。主要结果如下:1.重组菌株p ET32a-Ap Serpin-FA72/BL21的原核表达,菌体在p H=8.0 Tris-HCl缓冲溶液中超声破碎,以38%的总功率(342 W)、工作5 s、停顿6 s时,可获得大量可溶性蛋白。镍柱亲和层析去除平衡缓冲溶液中的咪唑,显著提高蛋白结合效率与产量。硫酸铵饱和沉淀法,在饱和度50%硫酸铵溶液处理后,获得目的蛋白,为抑虫实验奠定基础。2.研究表明在37℃、220 rpm、0.4 mmol/L IPTG诱导能获得大量目的蛋白,重组蛋白主要以包涵体形式表达。通过筛选不同包涵体变复性的方法,结果表明L-Arg对Trx A-Ap Serpin-FA72复性过程影响较大,获得大量可溶性蛋白,以Trx A-Ap Serpin-FA72对胰蛋白酶的抑制活性曲线为标准,盐酸胍稀释复性获得的抑制剂活性最优。3.通过单因素和正交的实验方法筛选出最适培养基(蚕蛹粉2 g/L、可溶性淀粉10 g/L、Na Cl 10 g/L、胰蛋白胨5 g/L)。在32℃、300 rpm时进行高密度发酵,获得较高的菌体浓度和蛋白表达量,测定菌体的OD值和菌体干重的对应关系是y=0.483x+0.0307,R2值为0.9862。4.复性重组丝氨酸蛋白酶抑制剂对胰蛋白酶的IC50为0.48μmol/L。p H在7~9,温度在60℃的条件下,丝氨酸蛋白酶抑制剂活性较强。本研究发现茶尺蠖中肠内含有不同种类的消化酶,而重组蛋白Ap Serpin-FA72对昆虫的作用机理,不仅仅是局限于对一种蛋白酶,而是对多种蛋白酶的影响,使昆虫的蛋白酶之间的协调性达到破坏,产生了抗营养效应,从而影响到茶尺蠖的生长发育,通过抑制了中肠酶活性,初步研究了机理。不同方法获得重组蛋白对茶尺蠖的杀虫效果表明,相同浓度下镍柱纯化的蛋白杀虫效果最为显著;饲喂重组蛋白的条件下,茶尺蠖的三种中肠酶被抑制,进一步证明茶尺蠖是通过抑制多种蛋白酶的活性,导致昆虫死亡。测定多种杀虫剂与重组蛋白对三龄幼虫半致死浓度LC50,结果表明各种杀虫剂的抑杀茶尺蠖效果,甲氨基阿维菌素>高效氯氰菊酯>溴氰菊酯>重组蛋白Ap Serpin FA72>甲氰菊酯>毒死蜱。不同种类杀虫剂浓度为LC20的杀虫剂与蛋白浓度LC50混合液,杀虫效果增强,降低杀虫剂的环境污染;不同农药与蛋白的取食趋向性实验表明:取食指数毒死蜱>蛋白、甲氨基阿维菌素>蛋白、甲氰菊酯<蛋白、高效氯氰菊酯<蛋白、溴氰菊酯<蛋白,昆虫对不同种类的杀虫剂的取食倾向性不同,但取食指数相近,表明杀虫剂和蛋白对虫体有一定的抑杀效果。
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