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南极冰鱼(Channichthyidae,white-blooded fish)是南极鱼亚目中的一个家族,长期生活在寒冷、稳定、富含氧气的南冰洋水域中,因没有血红蛋白而成为硬骨鱼中的独特类群。南极冰鱼独特的形态学和生理学特征,为我们研究低温环境中生物的功能基因进化以及生物的低温适应机制提供了条件。热激蛋白(Heat shock protein,HSPs)是细胞在应激源刺激下生成的一组蛋白质,存在于几乎所有生物体内。HSP70和HSP90是HSPs家族的重要成员,即使在无胁迫条件下,真核生物内也有一定量的表达,在进化过程中高度保守。HSP70和HSP90作为分子伴侣,在细胞周期调控、细胞存活、激素等许多信号通路中发挥作用,对于维持细胞的内稳态起到关键作用,同时在动植物的发育、抗病、对胁迫环境的应答、抵抗外界环境变化的过程中发挥重要作用。南极环境常年保持持续不变的低温。有研究认为,在这种长期的低温条件下,热激蛋白已基本丧失温度适应的功能。为研究南极极端低温环境条件下,热激蛋白是否还保存着温度适应功能,本研究运用PCR及二代测序技术获得了独角雪冰鱼(Chionodraco hamatus)和伯氏肩孔南极鱼(Trematomus bernacchii)的HSP70和HSP90β完整的开放阅读框(ORF,opening reading frame),并结合生物信息学方法进行了基因结构与保守功能域等生物学特性研究。两者的Hsp70的ORF全长为1917 bp,Hsp90β的ORF全长为为2184 bp,分别编码638个和728个氨基酸。结构域分析发现独角雪冰鱼和伯氏肩孔南极鱼的HSP70都含有HSP70家族的两个标签序列和C-端GPTIEEVD保守基序。HSP90β具有HSP90家族的5个保守信号区和C-端MEEVD基序,且一些HSP90功能区的关键位点高度保守。同源性分析表明独角雪冰鱼HSP70和HSP90β与其他物种的相似度很高,其中与南极伯氏肩孔南极鱼的蛋白相似度高达99%。为研究独角雪冰鱼HSP90β在低温胁迫下对细胞是否具有保护功能,构建p ET28-CH-Hsp90和p ET28-ON-Hsp90重组原核表达质粒,将重组质粒和空载体p ET28a分别转化大肠杆菌DE3(BL21)细胞,于37℃条件下表达后,将大肠杆菌细胞进行4℃低温处理,比较经过低温处理后的大肠杆菌(DE3)细胞存活率。结果显示:低温处理4 h后,C.hamatus-HSP90β组与O.niloticus-HSP90β组和空载体对照组没有显著性差异;8 h时,C.hamatus-HSP90β组细胞存活率高于O.niloticus-HSP90β组和p ET28a空载质粒(control)组,其中C.hamatus-HSP90β组和O.niloticus-HSP90β组存在显著性差异(p﹤0.05),C.hamatus-HSP90β组与p ET28a空载质粒(control)存在极显著性差异(p﹤0.01);12 h时C.hamatus-HSP90β组与O.niloticus-HSP90β组和p ET28a空载质粒(control)组都存在极显著差异(p﹤0.01),这说明独角雪冰鱼(CH)和尼罗罗非鱼(ON)HSP90β对低温下的大肠杆菌细胞都具有保护作用。随着低温处理时间的延长,细胞存活率的差异越显著,且C.hamatus-HSP90β对细胞存活率的影响比O.niloticus-HSP90β高,与热温带鱼类相比,C.hamatus-HSP90β低温下的细胞保护功能更明显。综上所述,我们认为,相对于O.niloticus-HSP90β,C.hamatus-HSP90β具有更高的低温下的细胞保护能力,这表明C.hamatus-HSP90β可能更加具有低温环境的适应性,这为后续进一步研究Hsp90β基因在南极鱼低温适应过程中的功能提供了理论依据。