基于转录组分析的菜蛾盘绒茧蜂畸形细胞调控寄主的分子机制研究

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1菜蛾盘绒茧蜂畸形细胞的发育和形态菜蛾盘绒茧蜂寄生寄主小菜蛾36h后,其胚胎两端的浆膜层开始解离形成畸形细胞,并在寄生48h后寄生蜂卵孵化时扩散到寄主血淋巴中。寄生2d后解剖,每头寄生后的小菜蛾获得畸形细胞94±7个,寄生5d后达到最大值144±13个,此后开始下降直至幼蜂在寄主体内发育结束;初产生的细胞直径15.05±0.73μm,并持续增大,至寄生后7d后达到最大值57.49±5.38gm,寄生8d后略有减小;光学显微镜和扫描电镜的观察结果显示畸形细胞在不同的发育时期均为近球形,体积不断增大,微绒毛分布规则且密度持续增大。离体培养时,寄生2d后每个寄生蜂胚胎产生畸形细胞96±8个,寄生6d后达到最大值151±10个并维持这一水平直至寄生8d后;初产生的畸形细胞直径16.14±0.98μm,并在发育过程中维持这一水平;光学显微镜和扫描电镜的观察结果显示离体培养的畸形细胞初产生时近球形,发育过程中形状逐渐变得不规则,体积增长趋势不明显,细胞表面微绒毛较为稀疏,分布杂乱。2菜蛾盘绒茧蜂畸形细胞的转录组测定和分析菜蛾盘绒茧蜂畸形细胞的转录组测序共产生总碱基数为1,254,124,980的6,967,361条reads、233,765个contig、38,706个scaffold和24,165个unigene。分别对contig、scaffold和unigene长度的分布进行分析发现绝大多数序列长度小于400bp。Nr注释结果显示共有63.5%的unigene(15,340个)比对上数据库中的15,043个已知基因。可注释序列中79%的比对结果E值介于1.0E-50到1.0E-5之间;相似度的分析发现44%的序列与比对上序列的相似度介于60%-80%之间;对比对上的已知序列47%来自于黑腹果蝇、西方蜜蜂、冈比亚按蚊和丽蝇蛹集金小蜂。根据基因注释的结果,畸形细胞转录组测序所得序列鉴定得到以下类群功能基因:①寄生蜂幼虫营养摄取的相关基因,主要包括trehalase、matrixmetalloproteinase14、fatty acid binding protein和hexamerin等;②对寄主生理调控的相关基因,如gamma-glutamyl cyclotransferase-like venom protein、juvenile hormone esterase、 teratocytes secreted protein14、venom protein8、endochitinase和cysteine-rich/pacifastin venom protein等;③抑制寄主免疫的相关基因,主要包括venom protein Vn4.6、venom protein Vn50、C-type lectin等;④毒素基因,主要包括venom allergen5和venom acid phosphatase A2;⑤抗菌肽基因,包括definsin等;⑥微绒毛组装的相关基因,主要包括ezrin-radixin-moesin、supervillin和fambrin等。3菜蛾盘绒茧蜂畸形细胞的数字基因表达谱测序1、3、5日龄畸形细胞(teratocytes-1d、teratocytes-3d和teratocytes-5d)的数字基因表达谱测序分别得到5,895,449、6,272,972和6,214,769条reads,比对上转录组中的序列数分别为14,504、11,772和13,917个。相关性分析发现teratocytes-1d和teratocytes-5d相关性最小。GO注释结果显示,比对结果为cell killing、protein tag的基因只在3日龄畸形细胞中表达,比对结果为nutrient reservoir activity的基因只在3日龄和5日龄畸形细胞中表达,比对上其他功能类别的基因在不同发育时期的表达较为类似。功能基因表达模式研究发现,寄生蜂幼虫营养摄取相关基因中trehalase前期表达量很高,并随着细胞的发育逐渐降低;matrix metalloproteinase14基本在细胞发育后期表达,fatty acid binding protein则细胞发育早期表达量较高,并逐渐降低;hexamerin基因随细胞发育表达量逐渐增加。涉及对寄主发育调控的6类基因有3种表达模式,juvenile hormone esterase和teratocytes secreted protein14在细胞发育前期有较高的表达,其他发育阶段表达量较低;venom protein8和cysteine-rich/pacifastin venom protein只在细胞发育末期表达;gamma-glutamyl cyclotransferase-like venom protein和endochitinase在细胞发育不同时期表达水平相差不多。抑制寄主免疫相关基因、抗菌肽和毒素基因主要在细胞发育后期表达。涉及微绒毛组装的基因细胞发育前期和中期表达水平较高,后期有所降低。4寄生蜂幼虫营养摄取相关基因的克隆和表达用qPCR对unigene19276(trehalase)、unigene5800(matrix metalloproteinase14)、unigene20417(fatty acid binding protein)和unigene10893(hexamerin)的表达模式进行验证,发现unigene19276主要在前期(2日龄畸形细胞)表达,而unigene5800则主要在后期(5日龄畸形细胞)表达,unigene10893的表达量呈逐渐缓慢增加的趋势,unigene20417在发育早期(1-4日龄畸形细胞)发育过程中表达较为稳定,后期(5日龄畸形细胞)略有降低,。克隆得到unigene5800的全长cDNA序列,命名为MMP-14,基因序列全长2,052bp,1,791bp的开放阅读框编码一个66.35kD的蛋白;N末端有一个信号锚序列;氨基酸序列上分布有3个保守功能域,依次为PGbinding1s,ZnMcMMP和HX;构建表达载体pET-28-MMP-14并原核表达得到一个大于70kD的蛋白。5调控寄主发育相关基因的克隆和表达用qPCR对unigene4760(gamma-glutamyl cyclotransferase-like venom protein)、unigene14814(juvenile hormone esterase)、 unigene17429(teratocytes secreted protein14)、unigene20419(venom protein8)、unigene20917(endochitinase)和unigene18359(cysteine-rich/pacifastin venom protein)的表达模式进行验证。Unigene4760在4、5日龄时表达量显著高于1、2日龄;unigene14814和unigene17429在1日龄时的表达量均显著高于其它时期,unigene17429在4日龄时也有一个表达高峰;unigene20419、unigene20917和unigene18359在5日龄时的表达量显著高于其它时期。对unigene4760和unigene17429进行克隆,得到两个全长分别为665bp和585bp的基因序列,命名为TSVP-GGCT和TSP-13。TSVP-GGCT包含一个558bp的开放阅读框,编码分子量21.37kD的蛋白;无信号肽;含有一个GGCT like功能域;构建表达载体pET-2S-TSVP-GGCT并原核表达得到一个26kD左右的蛋白,制备的多克隆抗体可以与菜蛾盘绒茧蜂毒液蛋白发生免疫反应。TSP-13基因342bp的开放读码框编码一个12.9kD的蛋白质,有信号肽序列,无保守功能域,构建表达载体pET-32-TSP-13但没有表达出相应的蛋白。6抑制寄主免疫相关基因的克隆和表达qPCR对unigene20181(venom protein Vn4.6)、unigene23309(venom protein Vn50)和unigene20101(C-type lectin)的基因表达模式进行验证发现主要在细胞发育后期表达。克隆得到unigene20181、unigene23309、unigene23761等3个基因的cDNA全长序列,分别命名为TSVP-8、TSVP-42和TSVP-SEP。TSVP-8的cDNA全长为454bp,含有一个216bp的开放读码框,编码分子量为7.97kD的蛋白质;有信号肽序列;无保守功能域。TSVP-42的cDNA全长为1314bp,含有一个1143bp的开放读码框,编码分子量为41.94kD的蛋白质;无信号肽序列;包含一个TrypSPc保守功能域。TSVP-SEP的cDNA全长为1389bp,含有一个1116bp的开放读码框,编码分子量为40.68kD的蛋白质,有信号肽序列,包含一个TrypSPc保守功能域。构建表达载体pET32-TSVP-8和pET28-TSVP-42分别表达出一个小于26kD和大于43kD的蛋白质,pET28-TSVP-SEP则未表达出相应的蛋白质。重组蛋白制备多克隆抗体可以与菜蛾盘绒茧蜂的毒液蛋白发生免疫反应。进一步研究发现TSVP-8原核表达蛋白可以抑制寄主血淋巴的黑化。7毒素基因的克隆和表达用qPCR对unigene8816(venom allergen5)和unigene19070(venom acid phosphatase A2)的基因表达模式进行验证,发现这两个基因均以细胞发育后期表达为主。克隆unigene8816的cDNA得到一个全长1085bp的序列,命名为TSVP-allergen,含有一个长825bp的开放读码框,编码分子量为30.8kD的蛋白质,有信号肽序列,包含一个属于SCP超家族的保守功能域。构建表达载体pET-TSVP-allergen并原核表达得到一个55kD左右的蛋白质。蛋白质纯化后制备得到的多克隆抗体可以与菜蛾盘绒茧蜂的毒液蛋白发生免疫反应。
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