德国小蠊肠道菌BGF-2抗菌蛋白HY60分离纯化与抑制白僵菌机制研究

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德国小蠊(Blattella germanica)是常见的世界性卫生害虫之一,能够携带多种细菌、病毒及寄生虫卵,导致疾病的传播,其分泌物或死亡虫体还能导致严重的机体过敏。目前,利用昆虫病原真菌开发生物杀虫剂是德国小蠊防治极具前途的发展方向。球孢白僵菌(Beauveria bassiana)是广谱性昆虫内寄生真菌,被广泛运用于各种生物杀虫剂中,具有持效期长、不易引起抗药性、安全环保等特点。德国小蠊体与其体内的共生菌在长期的协同进化过程中形成了密切的互利共生关系,可以协助德国小蠊提高免疫力并抵抗病原菌的入侵与繁殖。昆虫肠道共生菌通过营造缺氧环境、不适宜p H和渗透压环境、分泌抗真菌物质等多种机制抑制白僵菌生长。目前对于德国小蠊肠道菌和白僵菌之间的相互作用研究较少,本文对德国小蠊肠道菌与其抗白僵菌侵染的机理进行深入研究,不仅有利于提高白僵菌制剂对德国小蠊的生防效率,还将为经济动植物病原真菌病药物的研发奠定基础。本实验取得相关结果如下:1.通过划线分离从德国小蠊粪便中得到一株抑制白僵菌效果极强的肠道菌BGF-2,形态结构观察和生化鉴定结果显示,BGF-2菌株为革兰氏阴性菌,所有生理生化特性与假单胞菌的一致。通过16S r RNA核酸检测及MEGA 4邻接法构建系统发育树,发现该菌株与铜绿假单胞菌HF572851亲缘关系最近,其16S r RNA序列与铜绿假单胞菌HF572851.1的相似性为98%。据此,将该菌株命名为铜绿假单胞菌BGF-2(Pseudomonas aeruginosa BGF-2)。2.对BGF-2菌株及发酵液进行抑真菌活性测定,结果显示,BGf-2菌株对球孢白僵菌生长具有明显的抑制作用,20μL菌悬液(1×10~8CFU/m L)形成抑菌圈直径为31.1±2.0 mm。BGF-2发酵液可以降低球孢白僵菌孢子萌发率,同时抑制菌丝生长,其中4号发酵方案制备的无菌发酵液抑真菌效果最好,发酵液处理后白僵菌孢子发芽率为6.8%,形成的抑菌圈直径为35.3±1.0 mm。BGf-2的生物测定试验表明,无菌德国小蠊比普通德国小蠊更容易经口感染白僵菌死亡(F=134.82;df=35;P=0.031)。我们推测具有抗真菌活性的肠道微生物可能在保护蟑螂免受病原真菌侵害方面发挥重要作用。3.采用离子交换层析和凝胶过滤层析的方法,从无菌BGf-2发酵液中分离纯化一种抗真菌蛋白HY60。通过质谱分析、Prot Param、Swiss-model分析得到了所研究蛋白质的基本性质和三级结构模型,发现HY60为铜绿假单胞菌假设蛋白,分子式为C2653 H4117 N799 O779S14,由553个氨基酸构成,分子量大小为60118.60Da,由铜绿假单胞菌(菌株UCBPP-PA14)中的PA14基因表达,该蛋白与吡咯烷酮羧基肽酶(pcps)具有较高同源性,属于焦谷氨酰肽酶Ⅰ型超家族,该家族的保守活性位点为Cys-144、His-168。4.采用扫描电镜观察不同处理条件下的球孢白僵菌形态,球孢白僵菌的扫描电镜图像发现,BGF-2发酵液和纯化的抗真菌蛋白HY60对白僵菌生长和产孢均有明显抑制作用,对孢子形态无明显影响。与对照组相比,无菌发酵液组和抗真菌蛋白组的抑制圈边缘白僵菌菌丝明显变细,直径分别为0.99±0.01μm和1.22±0.01μm,而对照组的菌丝直径为1.98±0.01μm。同时在这两组白僵菌菌丝中观察到许多较小且中空的囊泡,因此推测白僵菌细胞的死亡可能是由细胞凋亡引起的。5.采用DOC-TCA提取法分别制备了抗真菌蛋白HY60处理组与对照组的白僵菌菌丝蛋白和孢子蛋白,使用Label-free蛋白质组学技术分析比较了对照组孢子蛋白,对照组菌丝蛋白,HY60处理组孢子蛋白,HY60处理组菌丝蛋白,这四组之间的差异性表达。结果显示,第一组对照组白僵菌孢子蛋白与对照组白僵菌菌丝蛋白两组相比较,检测到444个差异表达的蛋白质,其中255个表达量上升,189个表达量下降。差异蛋白参与的生物过程主要有代谢过程、细胞过程、定殖等;参与的细胞组分主要有细胞结构,细胞结构相关,生物膜等;参与的分子功能主要有催化活性、结合、分子转运活性等。第二组对照组白僵菌孢子蛋白与HY60处理白僵菌孢子蛋白两组相比较,检测到468个差异表达的蛋白质,其中262个表达量上升,206个表达量下降。差异蛋白参与的生物过程主要有代谢过程、细胞过程、定殖等;参与的细胞组分主要有细胞结构,细胞结构相关,细胞器等;参与的分子功能主要有催化活性、结合、结构分子活性等。第三组对照组白僵菌菌丝蛋白与HY60处理白僵菌菌丝蛋白两组相比较,检测到162个差异表达的蛋白质,其中118个表达量上升,44个表达量下降。差异蛋白参与的生物过程主要有代谢过程、细胞过程、生物发生等;参与的细胞组分主要有细胞结构,细胞结构相关,细胞器等;参与的分子功能主要有结合、催化活性、结构分子活性等。第四组HY60处理白僵菌孢子蛋白与HY60处理白僵菌菌丝蛋白两组相比较,检测到427个差异表达的蛋白质,其中149个表达量上升,278个表达量下降。差异蛋白参与的生物过程主要有代谢过程、细胞过程、定殖等;参与的细胞组分主要有细胞结构,细胞结构相关,细胞器等;参与的分子功能主要有结合、催化活性、结构分子活性等。综合GO功能注释分析,KEGG通路富集分析,String蛋白质互作网络分析(PPI),发现在抗真菌蛋白HY60处理白僵菌12h后,白僵菌菌丝和孢子蛋白质的差异表达HY60处理后多数蛋白质的表达量下降,选取59个典型的差异表达蛋白进行分析,发现这些蛋白主要涉及蛋白质合成,氧化胁迫反应,细胞呼吸,能量代谢,解毒过程,细胞壁合成等过程。
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