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桃蛀螟(Conogethes punctiferalis)属鳞翅目(Lepidoptera)螟蛾科(Pyralidae),是一种既可取食草本植物玉米、大豆、花生等农作物,又可取食木本植物桃、板栗等果树果实的多食性害虫。桃蛀螟具有很强的环境适应能力和强大的先天免疫系统,以至于在取食不同寄主时面对不同病原微生物而不被感染。桃蛀螟的体内能产生多种具有杀菌和抗病毒能力的抗菌肽(antimicrobial peptides,AMPs),它们是其重要的免疫效应因子。抗菌肽是生物有机体先天免疫的反应产物,是宿主为抵御外来病原微生物入侵而产生的具有抗菌活性的一类多肽或小分子蛋白质,具有抑菌谱广、作用机制独特、热稳定性好等特点。作为免疫效应因子,抗菌肽基因的表达往往受到宿主生存环境的影响,在受到病原物刺激后表达量会大幅提高。我们在前期桃蛀螟转录组测序结果中发现有多条未知的基因序列在其取食不同寄主时显著上调,结合生物信息学分析,初步推测它们为抗菌肽基因。本研究选择其中差异较为明显的CPAlo-13768基因进行了转录模式分析和蛋白重组表达,并测定了重组蛋白和人工合成多肽对玉米常见病原真菌的抑制作用,期望研究结果能为揭示桃蛀螟寄主适应性机理和昆虫抗菌肽产品的开发研究奠定基础,相关研究结果如下。
(1)通过PCR技术获得了抗菌肽CPAlo-13768基因编码区序列,并对编码区进行了生物信息学分析。抗菌肽CPAlo-13768的序列中具有信号肽序列,理论分子量为6.37kDa,等电点为8.29,为疏水性稳定蛋白,二级结构中存在3个β转角和由6个保守的半胱氨酸残基形成的3个分子内二硫键构成。在NCBI的序列比对中,未找到与CPAlo-13768同源的核苷酸序列,因此推测其为新的基因,该基因在GenBank登录号为MW133083;氨基酸序列比对及系统进化树分析发现其与长臂天牛(Acrocinus longimanus)Alo系列抗菌肽最为接近,推测其对真菌有一定的抑制作用。
(2)利用RT-PCR技术研究了抗菌肽CPAlo-13768基因的转录模式,明确了其在桃蛀螟不同虫态及组织内的分布与表达情况。抗菌肽CPAlo-13768基因在桃蛀螟成虫和4龄幼虫中高表达,成虫中主要在雌、雄成虫头部高表达,幼虫中在脂肪体高表达。
(3)构建了原核表达载体pET-32a-CPAlo-13768并进行了蛋白表达条件的优化。蛋白印迹及WB检测表明重组蛋白在大肠杆菌中得到有效表达,外源表达最佳条件为菌液OD600在0.6时加入终浓度为0.5mM的IPTG,30℃下持续诱导6h,获得的重组蛋白表达量为108.73μg/mL。重组蛋白经肠激酶切及纯化分离,获得的目的蛋白CPAlo-13768为11.51μg/mL,约占重组蛋白总量的10.59%。
(4)利用菌丝生长速率法鉴定了抗菌肽重组蛋白和人工合成多肽对玉米7种常见病原真菌的抑制活性。测定结果表明,抗菌肽重组蛋白对禾谷镰孢-S、禾谷镰孢-J、玉蜀黍平脐蠕孢、炭色长蠕孢、弯孢霉、玉拟轮枝镰孢菌和嘴突脐孢的平均抑制率为11.12%-25.65%,其中对炭色长蠕孢和嘴突脐孢的抑制作用最强,抑制率分别为24.12%和25.65%;人工合成多肽对7种真菌的抑制率为4.59%-45.13%,其中13768-1和13768-3对炭色长蠕孢的抑制效果较好,抑制率分别为43.44%和45.13%,13768-2对弯孢霉和炭色长蠕孢抑制效果较好,抑制率分别为39.62%和38.55%。
(1)通过PCR技术获得了抗菌肽CPAlo-13768基因编码区序列,并对编码区进行了生物信息学分析。抗菌肽CPAlo-13768的序列中具有信号肽序列,理论分子量为6.37kDa,等电点为8.29,为疏水性稳定蛋白,二级结构中存在3个β转角和由6个保守的半胱氨酸残基形成的3个分子内二硫键构成。在NCBI的序列比对中,未找到与CPAlo-13768同源的核苷酸序列,因此推测其为新的基因,该基因在GenBank登录号为MW133083;氨基酸序列比对及系统进化树分析发现其与长臂天牛(Acrocinus longimanus)Alo系列抗菌肽最为接近,推测其对真菌有一定的抑制作用。
(2)利用RT-PCR技术研究了抗菌肽CPAlo-13768基因的转录模式,明确了其在桃蛀螟不同虫态及组织内的分布与表达情况。抗菌肽CPAlo-13768基因在桃蛀螟成虫和4龄幼虫中高表达,成虫中主要在雌、雄成虫头部高表达,幼虫中在脂肪体高表达。
(3)构建了原核表达载体pET-32a-CPAlo-13768并进行了蛋白表达条件的优化。蛋白印迹及WB检测表明重组蛋白在大肠杆菌中得到有效表达,外源表达最佳条件为菌液OD600在0.6时加入终浓度为0.5mM的IPTG,30℃下持续诱导6h,获得的重组蛋白表达量为108.73μg/mL。重组蛋白经肠激酶切及纯化分离,获得的目的蛋白CPAlo-13768为11.51μg/mL,约占重组蛋白总量的10.59%。
(4)利用菌丝生长速率法鉴定了抗菌肽重组蛋白和人工合成多肽对玉米7种常见病原真菌的抑制活性。测定结果表明,抗菌肽重组蛋白对禾谷镰孢-S、禾谷镰孢-J、玉蜀黍平脐蠕孢、炭色长蠕孢、弯孢霉、玉拟轮枝镰孢菌和嘴突脐孢的平均抑制率为11.12%-25.65%,其中对炭色长蠕孢和嘴突脐孢的抑制作用最强,抑制率分别为24.12%和25.65%;人工合成多肽对7种真菌的抑制率为4.59%-45.13%,其中13768-1和13768-3对炭色长蠕孢的抑制效果较好,抑制率分别为43.44%和45.13%,13768-2对弯孢霉和炭色长蠕孢抑制效果较好,抑制率分别为39.62%和38.55%。