中华蜜蜂OBP19与OBP21的分子特征、时空表达及功能初探

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目前,随着意大利蜜蜂Apis mellifera Ligustica(简称意蜂)在我国蜂产业中的兴起,保护我国本土特有的中华蜜蜂Apis cerana cerana Fabricius(简称中蜂)势在必行。与意蜂相比,中蜂因其抗病抗逆能力强、采集性优良及善于利用零星蜜粉源等优点有着不可替代的地位。这些独特的优点与它灵敏的嗅觉系统是密切相关的,而在整个嗅觉系统中气味结合蛋白(odorant-binding proteins,OBPs)是发挥主要作用的蛋白之一。鉴于OBPs在中蜂生理功能上具有重要的生物学意义,本研究在中蜂触角转录组测序分析的基础上,挑选AcerOBP19与AcerOBP21基因作为研究对象。试验通过基因克隆获得中蜂AcerOBP19与AcerOBP21基因的ORF序列,对其进行生物信息学分析并预测其蛋白结构;通过q RT-PCR与Western-blot方法,在m RNA和蛋白水平上明确不同发育阶段(1、5、10、15、20、25日龄)该基因在触角、足、口器、毒腺和中肠的表达水平;构建p ET-30a原核表达载体,并诱导重组蛋白AcerOBPs表达,通过荧光竞争结合试验测试重组蛋白AcerOBPs与候选配体的结合特性。本试验的研究结果如下:(1)获得了AcerOBP19与AcerOBP21基因的完整ORF序列,序列长分别为420 bp、408 bp,共编码139、135个氨基酸;都含有4个保守的半胱氨酸位点,属于Mins-C OBP亚家族;二者均在N-末端有一段含16个氨基酸的信号肽,无跨膜结构;AcerOBP19与AcerOBP21的蛋白高级结构分析显示均包含6个α螺旋和2个二硫键;系统进化树分析表明,它们与大蜜蜂Apis dorsata、小蜜蜂Apis florea和西方蜜蜂Apis melifera的OBPs相似度较高,表明它们之间在进化关系上更加同源;AcerOBP19与AcerOBP21蛋白都具有PBP-GOBP superfamily家族的保守结构域;两者均是一种分泌蛋白。(2)qRT-PCR试验结果表明AcerOBP19与AcerOBP21基因mRNA在中蜂不同发育时期的各组织中均有不同程度的表达,在中肠中呈微量表达。其中,AcerOBP19与AcerOBP21在触角中15日龄时的表达量极显著高于其他组织(P<0.01),在其他日龄中AcerOBP19在足中的表达量极显著高于其他组织(P<0.01);除15日龄与25日龄外的发育时期,AcerOBP21在足中的表达量极显著高于其他组织(P<0.01)。Western-blot结果显示,AcerOBP21在足、触角和口器中的蛋白水平变化趋势与mRNA水平不一致,AcerOBP21蛋白在采集蜂(20日龄和25日龄)中高表达。(3)构建了pET30a-AcerOBP21原核表达载体,成功诱导获得了重组蛋白AcerOBP21,主要以包涵体的形式表达,并获得了纯化的重组蛋白AcerOBP21。荧光竞争结合实验表明,重组蛋白AcerOBP21与植物挥发物亚麻烯酸甲酯和柠檬烯的结合力最强,Ki值分别为4.22μM和11.16μM。此外,蜂王信息素成分之一的9-ODA与重组蛋白AcerOBP21的结合力相对较低(Ki=40.19μM),而报警信息素成分之一的2-庚酮与重组蛋白AcerOBP21(Ki>50μM)没有结合力。推测AcerOBP21参与中蜂的采集活动。
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