家蝇PGRP-LE基因的克隆表达与功能分析

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无脊椎动物先天免疫(Innate immunity)系统是通过机体内的模式识别受体(Pattern Recognition Receptors,PRRs)识别入侵病原微生物表面的病原相关分子模式(Pathogen Associated Molecular Patterns,PAMPs)而激活的。而肽聚糖识别蛋白(Peptidoglycan recognition proteins,PGRPs)是一类在动物先天免疫系统中用来识别肽聚糖(PGN)的蛋白家族,在激活免疫途径中起重要作用。本研究中我们以家蝇为研究对象,克隆了家蝇的PGRP-LE基因(MdPGRP-LE),对家蝇PGRP家族进行系统的生物信息学分析,并从分子水平上对MdPGRP-LE在家蝇先天免疫中的功能进行了研究。研究结果如下:1.我们筛选到26条MdPGRP基因,包括8条PGRP-L和18条PGRP-S。大多数PGRP-S都存在信号肽,除MdPGRP-LB有信号肽外,其它PGRP-L基因成员均无信号肽。此外,MdPGRP在家蝇基因组不同Scaffold上呈现不均匀分布。PGRP-L的外显子数目普遍多于PGRP-S。2.对MdPGRP蛋白家族的氨基酸序列进行分析发现:该家族成员的理化性质及motif的组成形式均存在差异。序列比对分析显示,家蝇的PGRP-LE与果蝇、家蚕等昆虫中已发现的PGRPs的氨基酸序列及T7溶菌酶的氨基酸序列具有较高的相似性。生物信息学预测其含有发挥酰胺酶活性的5个关键位点,但Cys(半胱氨酸)这一关键残基却突变为Ser(丝氨酸)。3.利用qPCR检测MdPGRP-LE在家蝇肠道以及二龄幼虫阶段表达量最高。MdPGRP-LE基因转录水平在细菌刺激后呈现先升高后下降的趋势。4.对敲低MdPGRP-LE表达的家蝇幼虫投喂表达GFP的宿主菌(pGFP-ECO)30 min后,利用荧光显微镜观察家蝇幼虫体内的荧光强度,结果发现荧光强度随着时间的延长明显减弱。5.采用RNAi技术敲低MdPGRP-LE基因后,转录因子(Dorsal)和抗菌肽(Muscin)表达量上调,转录因子(Relish)及其它抗菌肽(Attacin、Diptericin、Cecropin)基因的表达量均下调。MdPGRP-LE基因敲低并大肠杆菌刺激后,2种转录因子(Dorsal、Relish)及4种抗菌肽(Attacin、Diptericin、Cecropin、Muscin)基因的表达量均下调,且转录因子(Relish)及4种抗菌肽的表达下调显著;而金黄色葡萄球菌刺激,除抗菌肽(Muscin)基因的表达量上调外,2种转录因子及3种抗菌肽(Attacin、Diptericin、Cecropin)基因表达量均发生下调。6.MdPGRP-LE干扰后会导致家蝇幼虫体内酚氧化物酶活性显著降低。7.对敲低MdPGRP-LE表达的家蝇幼虫投喂细菌(大肠杆菌和金黄色葡萄球菌1:1混合)后,MdPGRP-LE干扰组的存活率较对照组(GFP干扰组)显著降低,而幼虫的化蛹时间和体重较对照组没有显著变化。8.通过原核表达获得体外重组蛋白rMdPGRP-LE,并通过Western blot检测rMdPGRP-LE结合细菌的活性,结果显示rMdPGRP-LE可以分别与大肠杆菌、金黄色葡萄球菌、枯草芽孢杆菌、粘氏沙雷氏菌和鼠伤寒沙门氏菌相结合。ELISA检测rMdPGRP-LE以剂量依赖的方式,分别与肽聚糖(PGN-EK、PGN-SA)、脂多糖(LPS)、半乳糖(Galactose)、甘露糖(Mannose)和葡聚糖(Glucan)结合,其中与Galactose和Mannose结合活性较强,对Glucan的结合相对较弱。9.在Ca2+存在条件下,rMdPGRP-LE分别使得大肠杆菌、金黄色葡萄球菌、枯草芽孢杆菌、粘氏沙雷氏菌和鼠伤寒沙门菌发生凝集现象。10.在Zn2+存在情况下,rMdPGRP-LE对肽聚糖(PGN-EK、PGN-SA)不具有酰胺酶活性。11.在Zn2+存在情况下,rMdPGRP-LE对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌均具有抑菌活性。
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