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绿僵菌素(destruxin)为绿僵菌在代谢过程中产生的一种次生代谢产物,是绿僵菌突破昆虫免疫系统的主要毒力因子。为探讨绿僵菌素A对SL-1细胞的作用机理,本研究通过细胞生物学技术研究了绿僵菌素A对SL-1细胞的毒性及作用机制;应用蛋白双向电泳技术对绿僵菌素A作用SL-1细胞前后的差异蛋白进行了筛选。通过串联质谱对差异蛋白的结构和N端序列进行了分析,并结合基因组学对差异蛋白的功能进行了预测;利用RNAi干扰等技术,探讨了影响斜纹夜蛾翅发育的AWD(abnormalwing disc)基因的功能。具体结论如下:
1.以MTT法、相差显微法、荧光倒置显微法和流式细胞术研究了绿僵菌素A对斜纹夜蛾(Spodoptera litura)SL-1细胞的毒杀作用。结果表明:绿僵菌素A对SL-1细胞具有明显的增殖抑制作用,且具有较好的时间-浓度-效应关系,绿僵菌素A处理细胞24h,48h后的IC50值分别为17.86μg/mL,7.80μg/mL,倒置相差显微观察发现,用绿僵菌素A处理的细胞变圆、胞膜收缩、有凋亡小颗粒形成,且随着时间的延长,细胞悬浮致死并出现大量空泡和胞质外泄现象。AO/EB荧光显微观察发现:绿僵菌素A诱导的细胞荧光强度随着绿僵菌素作用浓度的升高而增强,低浓度诱导呈不均匀黄绿荧光,高浓度诱导呈不均匀橘黄色荧光。流式细胞仪检测结果表明:绿僵菌素A可以引起SL-1细胞的凋亡,且不同浓度绿僵菌素A对SL-1细胞的致凋亡作用程度不同。
2.应用双向电泳蛋白质组学技术比较绿僵菌素A诱导的SL-1细胞与未诱导的SL-1细胞的总蛋白表达谱,筛选出与绿僵菌素作用SL-1细胞相关的差异蛋白点。结果显示:对照组和绿僵菌素A处理组的总蛋白质点数分别为624±21,635±27,与对照组的平均匹配率为93.2%。绿僵菌素A处理细胞的蛋白表达与对照组比较,共有52个差异表达蛋白点,其中,上调14个,下调10个,增加19个,消失9个。挑选表达量具有2倍差异以上的蛋白点作为代表性的特征蛋白进行分析,结果显示:共获得22个2倍差异以上表达的蛋白点,其中,7个上调,7个下调,4个增加,4个消失。
3.采用MALDI-TOF/TOF质谱技术对绿僵菌素A作用SL-1细胞的差异表达蛋白进行了鉴定,并成功鉴定了52个差异表达蛋白,根据各蛋白的分子特性及功能和代谢途径差异,可将其分为生长发育相关蛋白(growth and development-relatedproteins)、细胞骨架蛋白(Cytoskeleton proteins)、免疫功能相关蛋白(immunity-related proteins)、信号转导相关蛋白(signal transduction-relatedproteins),能量代谢相关蛋白(Energy metabolism proteins),蛋白质合成相关蛋白(Protein synthesis-related proteins)和其它功能蛋白,其分别占总蛋白点的11.54%,15.38%,28.85%,26.92%,5.77%,3.85%,7.69%。
4.AWD(abnormal wing disc)为翅盘异常发育基因,控制翅发育的完整性及可用性。本研究根据MALDI-TOF/TOF已测定的S.litura AWD蛋白的氨基酸序列设计兼并引物,利用RT-PCR和RACE技术,克隆了斜纹夜蛾(Spodoptera litura)SL-1细胞AWD基因的cDNA全长(命名为SLAWD)。该基因cDNA全长为764bp,开放阅读框ORF为537bp,编码178个氨基酸。相似性分析表明:SLAWD与家蚕AWD的相似性高达81%,与果蝇AWD的相似性为73%。利用荧光定量PCR对SLAWD在斜纹夜蛾不同发育时期的转录水平进行检测,结果表明:SLAWD在斜纹夜蛾各个发育阶段均有表达,在雌雄虫的化蛹期和雌雄成虫期的转录水平较高,且雌蛹最高;在1~6龄幼虫期、化蛹前期的转录水平相对较低。结果表明SLAWD在斜纹夜蛾蛹期执行AWD合成功能。
5.为研究SLAWD蛋白结构和功能的关系,本研究利用RT-PCR克隆了SLAWD基因的ORF,并与表达载体pET-32a(+)连接构建构建重组表达载体pET-32a-SLAWD。阳性重组子转化表达宿主菌BL21(DE3)中,在IPTG诱导下进行了高效表达。SDS-PAGE检测表明SLAWD在大肠杆菌中可表达分子量约为35.0kDa的可溶性融合蛋白,Western blot分析表明表达产物能与抗6His单抗特异性结合,即表达的SLAWD为C端带有6His标签的融合蛋白。将经Ni-NTA亲和柱纯化的SLAWD融合蛋白作为抗原免疫新西兰大白兔,制备了抗SLAWD的兔血清。Western blot印迹检测结果表明,制备的抗血清可以特异识别表达的融合蛋白SLAWD。
6.利用RNAi干扰技术初步研究了SLAWD在翅发育中的功能。研究发现,注射5μg/ml的SLAWD dsRNA,SLAWD的表达即得到干扰,虫体的正常发育即被破坏。RT-PCR检测结果表明:与对照相比较,SLAWD在RNAi干扰后的斜纹夜蛾化蛹前期到成虫阶段mRNA水平显著降低,注射绿僵菌素A处理组也同样显示SLAWD表达显著降低。生长发育相关统计表明:SLAWD基因沉默后的斜纹夜蛾化蛹和羽化明显异常,43.33±5.41%化蛹延迟,21.67±7.36%%的虫体化蛹畸形死亡,11.67±0.89%羽化成虫翅发育较短或畸形。结果表明,AWD在斜纹夜蛾翅发育中起着重要的作用。