大黄鱼β-防御素的分子特征与功能研究

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大黄鱼(Larimichthys crocea)是我国特有的海水经济鱼类,也是我国海水养殖产量最高的鱼类,2018年我国大黄鱼年产量达到了19.8万吨。近年来,随着大黄鱼产业的快速发展,病害问题日益凸显,细菌性疾病频繁爆发,给大黄鱼产业造成了重大的经济损失,病害问题已经成为了制约大黄鱼产业快速发展的瓶颈。目前大黄鱼病害以药物防治为主,但是药物的大量使用不可避免地带来水产品质量安全、环境安全、抗药性等问题。β-防御素是一种阳离子抗菌肽,广泛存在于动、植物体内,具有杀灭细菌、真菌、病毒等多种功能,并且不容易形成耐药性,是水产病害防治的最佳选择。因此,本论文开展大黄鱼β-防御素的分子特征与功能研究,对于大黄鱼病害的免疫防治具有重要意义。大黄鱼β-防御素(LycBD)基因的开放阅读框全长195个核苷酸,编码64个氨基酸组成的前体肽,其氨基端含有20个氨基酸的信号肽,其余44个氨基酸为成熟肽。LycBD成熟肽具有6个保守的半胱氨酸残基,可形成3对分子内二硫键。组织分布结果显示,LycBD在所检测的组织或器官中均有表达,在脾脏和头肾等中表达水平相对较高;溶藻弧菌(Vibrio alginolyticus)刺激后,大黄鱼脾脏、头肾和鳃组织中LycBD的表达量均显著升高,说明LycBD可能在大黄鱼的抗细菌免疫反应中发挥重要作用。利用化学方法合成了LycBD的成熟肽,其对革兰氏阴性菌和革兰氏阳性菌均有抑制活性,显著地抑制溶藻弧菌、副溶血弧菌(V.parahaemolyticus)、哈维氏弧菌(V.harveyi)、坎氏弧菌(V.campbellii)、变形假单胞菌(Pseudomonas plecoglossicida)、嗜水气单胞菌(Aeromonas hydrophila)和枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)的生长。最低抑制浓度(Minimum Inhibitory Concentration,MIC)分析结果显示:LycBD合成肽对坎氏弧菌的抑制效果最显著,MIC值为4μM,其次是副溶血弧菌,MIC值为8μM,溶藻弧菌、枯草芽孢杆菌和哈维氏弧菌的MIC值都是16μM,而对变形假单胞菌的抑制活性相对较弱,MIC值为64μM。透射电镜观察发现,LycBD合成肽破坏了变形假单胞菌的细胞膜结构,从而改变了细胞膜的通透性,使内容物流出,造成菌体死亡。此外,LycBD合成肽诱导后,大黄鱼巨噬细胞内促炎因子IL-1β、TNF-α2和IL-8的表达水平均显著上调,而抑炎因子IL-10的表达水平显著下调,表明大黄鱼β-防御素还具有免疫调节功能,诱导炎症反应发生,从而抵御病原入侵。综上所述,LycBD具有保守的结构特征,高表达在大黄鱼重要的免疫器官,其合成肽具有明显的抑菌活性,并能够调节巨噬细胞炎症因子的表达,说明LycBD在大黄鱼抗细菌免疫中发挥重要作用。这些结果对于认识鱼类β-防御素的功能和作用机制具有重要意义,也为大黄鱼的病害防治提供理论依据。
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