家蚕消化道JHBP-like蛋白表达特性及其结合桑叶代谢物的研究

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家蚕(Bombyx mori)由古代野桑蚕经长期驯化而来,在我国是十分重要的经济昆虫以及研究鳞翅目昆虫的重要模式生物。家蚕是一种完全变态昆虫,完整的家蚕一生经过卵期、幼虫期、蛹期、成虫期四个发育阶段,其形态差异巨大且生理机能也完全不同。在家蚕的生长发育和变态过程中,主要依靠由咽侧体合成的保幼激素(Juvenile hormone,JH)与前胸腺合成的蜕皮激素(20-hydroxyecdysone,20E)两者共同作用,发挥重要的调节功能。其中,保幼激素在家蚕体内能够于幼虫期抑制成虫特征的出现,使幼虫蜕皮后仍保持幼虫状态,而在成虫期,能够控制性的发育、产生性引诱、促进卵子成熟。然而保幼激素在家蚕体内需要借助于血淋巴中的保幼激素结合蛋白(Juvenile hormone binding protein,JHBP)与之结合,将其运送至靶细胞发挥功能。家蚕血淋巴保幼激素结合蛋白是一类特异的载体蛋白,具有独特的JHBP结构域,能够与保幼激素分子特异性结合,保护其不被酶降解,并将其运送到作用部位。本研究在家蚕消化道内发现了一种与家蚕血淋巴保幼激素结合蛋白结构相似的蛋白分子,其都具有相同的JHBP结构域,因此将之命名为家蚕BmJHBP-like蛋白。已有研究表明,昆虫保幼激素结合蛋白在核苷酸和氨基酸水平上序列相似性较低,但在蛋白结构水平上却具有高度相似性,因此猜测BmJHBP-like蛋白可能与家蚕血淋巴JHBP蛋白具有相似的功能。基于以上的疑问,本研究利用生物信息学方法鉴定并分析具有相同JHBP结构域的BmJHBP-like蛋白家族成员,通过荧光定量PCR方法验证BmJHBP-like基因在家蚕各组织与各时期下的表达模式,通过蛋白原核表达、蛋白质脂质覆盖实验等实验内容来探究BmJHBP-like蛋白的功能。获得的主要研究结果如下:1.家蚕BmJHBP-like基因的鉴定,克隆及生物信息学分析利用生物信息学方法,在家蚕中肠中鉴定获得5个BmJHBP-like基因,分别命名为BmJHBP-L1、BmJHBP-L2、BmJHBP-L3、BmJHBP-L4、BmJHBP-L5。通过基因克隆,在N4品系家蚕中克隆得到除BmJHBP-L5以外的4个上述基因。BmJHBP-like蛋白在氨基酸序列上的相似性约为40%。信号肽预测结果表明BmJHBP-like都有一个信号肽,蛋白质结构分析表明其都具有相同的JHBP结构域。通过对BmJHBP-like蛋白疏水性、三级结构预测分析,其中多数氨基酸都为疏水性氨基酸,且蛋白质三级结构预测结果与家蚕血淋巴JHBP呈现明显相似性。2.家蚕BmJHBP-like基因表达分析检测BmJHBP-like基因在N4品系家蚕中肠、脂肪体、丝腺、马氏管、精巢、卵巢、表皮、气管、头、血细胞十个组织中的表达水平。结果表明,5个BmJHBP-like基因在家蚕各组织中的表达呈现明显的组织特异性,其于中肠中特异性高量表达,在表皮中有微量表达,在其余各组织中几乎无表达。检测BmJHBP-like基因在家蚕中肠组织由4龄起至5龄4天期间每24 h的表达水平变化。结果表明,BmJHBP-like基因于4龄起后表达水平少量下降,在4龄2天大幅上升,于4龄眠期最低,又在5龄起后逐日上升,呈现明显的波浪式起伏。检测BmJHBP-like基因在饥饿处理24 h,48 h后的5龄3天家蚕中肠中的表达水平变化。结果表明除BmJHBP-L4外,其余4个基因均在饥饿处理后呈现出明显的下调表达。3.家蚕BmJHBP-like蛋白原核表达、纯化及蛋白特异性表达验证构建BmJHBP-like蛋白原核表达载体,获得p ColdⅠ-BmJHBP-L1重组质粒,表达纯化蛋白,合成特异性抗体。基于制备的特异性抗体,以β-微管蛋白为内参,检测BmJHBP-L1蛋白在家蚕组织中的表达情况。结果表明BmJHBP-L1蛋白在家蚕中肠、消化液、中肠内容物和粪便中均能检测到,在家蚕血淋巴中无表达。4.家蚕BmJHBP-L1蛋白与保幼激素及桑叶代谢物的结合验证利用蛋白脂质覆盖实验技术检测BmJHBP-L1蛋白与家蚕保幼激素、桑叶代谢物结合能力。结果表明BmJHBP-L1蛋白能够与家蚕保幼激素与桑叶代谢物相结合,且信号强度与结合的保幼激素和代谢物浓度相关。
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