斜纹夜蛾中肠胰凝乳蛋白酶基因(Slctlp2)的克隆、表达及功能的初步研究

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丝氨酸蛋白酶家族是一个超基因家族,主要包括胰蛋白酶和胰凝乳蛋白酶两大类,在昆虫的免疫反应、食物消化及蜕皮变态的过程中起着重要的作用。昆虫从外界摄取的大分子营养物质需经肠道内一系列的消化酶分解成小分子物质后才能被虫体吸收利用,因此,昆虫对食物的消化和吸收对昆虫的生长发育起着重要的作用。我们对斜纹夜蛾6龄幼虫蜕皮期、进食期和预蛹期的中肠三个EST文库中的丝氨酸蛋白酶进行分析,发现6龄进食期中肠含有大量的丝氨酸蛋白酶,约占蛋白总量的10%,在蜕皮期也有少量的丝氨酸蛋白酶基因表达,而在预蛹期则几乎没有表达。对文库中所得到的丝氨酸蛋白酶序列进行注释和比对分析,得到3个含有全长编码框的胰凝乳蛋白酶cDNA序列,分别命名为Slctlp1、Slctlp2和Slctlp3。本论文以其中的Slctlp2为靶基因研究了其序列特征、表达、分布定位和初步的功能分析。我们首先从6龄幼虫进食期EST文库中克隆得到了Slctlp2基因的全长cDNA序列。Slctlp2 cDNA编码296个氨基酸,分子量为30.6 kDa。在氨基酸序列羧基端含有丝氨酸蛋白酶家族所特有的非常保守的活性中心序列GDSGGPL。利用northern blot、RT-PCR和Western blot检测该基因的时空表达,结果显示Slctlp2基因的mRNA和蛋白主要存在于中肠、前肠和马氏管中。该基因主要在斜纹夜蛾幼虫的进食期大量表达,在蜕皮期和预蛹期的表达水平下降,在卵、蛹和成虫中没有表达。原位杂交和免疫组化的结果与northern blot、RT-PCR、western blot结果一致,该基因和蛋白主要在幼虫进食期的中肠细胞中表达。基因诱导表达实验结果显示,体内和体外实验表明,保幼激素JHⅢ均可以诱导该基因的表达上调,而蜕皮激素20E在测试浓度范围内对该基因的表达没有影响。将斜纹夜蛾6龄第1天的幼虫进行饥饿处理后,该基因的mRNA和蛋白的表达量均被抑制,但重新喂食饥饿处理过的虫子,其mRNA和蛋白的表达量又增加。该基因的表达不受革兰氏阳性细菌苏云金芽孢杆菌、金黄葡萄球菌、枯草芽孢杆菌和革兰氏阴性细菌大肠杆菌DH5α、K12D31以及斜纹夜蛾核型多角体病毒S1MNPV的诱导。免疫组化和western blot分析结果显示,该蛋白存在于斜纹夜蛾6龄第3天幼虫中肠上皮细胞、肠腔食物残渣和粪便中,表明该蛋白为分泌蛋白,在中肠上皮细胞合成后分泌到中肠肠腔中。利用RNAi方法抑制Slctlp2基因的表达,但没有观察到斜纹夜蛾幼虫的生长发育的表型变化。丝氨酸蛋白酶抑制剂Chymostatin、STI和CETI能有效抑制斜纹夜蛾中肠丝氨酸蛋白酶的活性,。将抑制剂STI和CETI以0.2%浓度添加到培养基后喂食幼虫,斜纹夜蛾幼虫的生长发育受到了很明显的影响,致死率分别为56%和64%。通过本研究,我们认为斜纹夜蛾中肠专一表达的S1CTLP2蛋白是个参与食物蛋白消化的蛋白酶,其基因表达调控、合成、分泌和激活以及其底物的鉴定有待进一步研究。
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