玉米抗菌肽ZM-804的预测及功能研究

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抗菌肽(AMPs)是由少于50个氨基酸残基组成的小分子物质。植物中的抗菌肽是植物天然免疫系统中抵御病原物入侵的第一道防线。本研究旨在从玉米自交系B73中分离出新的抗菌肽,并研究该抗菌肽对某些植物病原菌的抑菌活性及其作用机制。在计算机模拟试验中,抗菌肽的收集(CAMPR3)是一种抗菌肽的计算预测软件,可以从cDNA文库中筛选抗菌肽。从玉米自交系B73 cDNA文库中分离得到的抗菌肽ZM-804,被预测为一种具有较高预测价值的新型阳离子抗菌肽。利用数据库APD3和其他软件一起预测了抗菌肽ZM-804的理化性质,ZM-804由20个氨基酸组成(分子量为2569.131Da),具有净电荷(+4)和高疏水性(70%)、等电点为12.29,经预测,ZM-804是一个具有两性α螺旋的抗菌肽。将抗菌肽ZM-804与11种革兰氏阳性和革兰氏阴性细菌进行抑菌试验,通过最低抑菌浓度(MICs)、最低杀菌浓度(MBCs)和最小致死浓度(MLCs)测定,表明ZM-804具有较高的抑菌活性。ZM-804对革兰氏阳性和革兰氏阴性细菌的MIC值分别为8μM和4μM,MBC值分别为16μM和8μM。磷酸钠缓冲液中,抗菌肽ZM-804能完全抑制细菌繁殖的MLC值均小于4μM。激光共聚焦扫描显微镜观察结果表明,抗菌肽ZM-804能够靶向细菌细胞膜。对四种指示细菌进行抑菌活性测定,结果表明FITC标签会降低抗菌肽ZM-804的抑菌活性。扫描电镜(SEM)和透射电镜(TEM)图像显示,抗菌肽ZM-804能引起番茄溃疡病菌(Clavibacter michiganensis subsp.michiganensis)和丁香假单胞菌番茄致病变种(Pseudomonas syringae pv.tomato,Pst)DC3000的细胞膜形态的破裂和损伤。在植物中,抗菌肽ZM-804能抑制Pst DC3000侵染番茄植株,表现出明显的抑菌活性。此外,在烟草叶片注射低浓度抗菌肽ZM-804,能诱导烟草叶片的超敏反应,抵御4种强毒力植物病原菌的入侵。抗菌肽ZM-804对小鼠红细胞(RBCs)表现出较低的溶血活性,说明对哺乳动物细胞也相对安全。综上所述,抗菌肽ZM-804肽具有较强的抑菌活性,可以为植物病害防治提供一种替代工具。此外,抗菌肽ZM-804肽被认为在人类和动物药物开发中具有很大潜力。
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