黄颡鱼β-防御素基因的克隆、表达及重组蛋白抗菌活性研究

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β-防御素是脊椎动物特有抗菌肽家族中的重要成员,广泛分布于上皮细胞、中性粒细胞以及巨噬细胞中,在非特异性免疫系统中对抵御病原菌的入侵发挥着重要的作用。黄颡鱼(Pelteobagrus fulvidraco)是我国重要的淡水经济鱼类,因其肉质鲜美而备受消费者青睐,近年来黄颡鱼养殖业快速发展,但红头病,腹水病和肠炎病等细菌性疾病给黄颡鱼养殖带来较严重经济损失。为了探讨β-防御素基因在黄颡鱼先天性免疫系统中的作用,本研究克隆了黄颡鱼β-防御素基因c DNA部分序列,对β-防御素基因在黄颡鱼成鱼组织、胚胎及早期发育时期的表达谱以及灭活嗜水气单胞菌注射后在5种组织中的表达变化进行分析,进而对黄颡鱼β-防御素基因重组表达产物的抗菌活性进行了鉴定。主要结果如下:1.黄颡鱼β-防御素基因c DNA的克隆和序列分析本实验克隆的黄颡鱼β-防御素基因(Pf_ΒD)c DNA部分序列(Gen Bank登录号:KY091312)长708 bp,包括225 bp的开放阅读框和483 bp的3′非编码区。其中黄颡鱼β-防御素基因225 bp开放阅读框编码74个氨基酸,包括25个氨基酸组成的信号前肽和49个氨基酸组成的成熟肽。通过BLAST对黄颡鱼β-防御素ORF区氨基酸序列进行同源性分析,显示黄颡鱼β-防御素氨基酸序列与虹鳟β-防御素-4基因相似性最高(68%)。2.黄颡鱼β-防御素基因的表达分析实时荧光定量PCR分析结果表明,在黄颡鱼成鱼各组织中,β-防御素基因m RNA在鳔中表达量最高,其次是心脏、鳃、肝脏和皮肤。在黄颡鱼胚胎和早期发育时期,β-防御素基因m RNA的表达量在多细胞期达到高峰,直到体节出现期都保持在较高表达水平;体节出现后,表达量下降到较低水平且维持到出膜后2 d,出膜后3 d表达量下降至极低水平,直至出膜后30 d。灭活嗜水气单胞菌注射黄颡鱼后,与对照组比较,检测的5种组织中β-防御素基因m RNA表达量均有所上调。在鳔中,注射12 h后表达量明显上调(P<0.01),24 h后达到峰值(P<0.01);在心脏中,注射12 h后表达量明显上调且达到峰值(P<0.01),其余时期保持较稳定的中等水平;在鳃中,注射3 h后,表达量出现明显上调(P<0.01),48 h后表达量达到最高值(P<0.01);在肝脏中,除了在48 h表达量较明显下调外(P<0.05),其余时期处于相对稳定状态;在皮肤中,注射6 h后,表达量明显上调且达到峰值(P<0.01),剩余时间点维持在相对稳定水平。3.黄颡鱼β-防御素基因在大肠杆菌中的表达及重组蛋白抗菌活性的鉴定成功构建了重组原核表达载体PET-32a-Pf_ΒD。在37℃,IPTG浓度为1.2 m M,培养6 h的最佳诱导条件下大量表达出重组蛋白,检测结果为可溶性蛋白。在咪唑浓度为500 m M的洗脱液下,纯化出最高浓度约为4500μg/m L较高纯度的重组蛋白。采用牛津杯法对重组表达产物的抗菌活性进行了鉴定,结果显示重组蛋白对金黄色葡萄球菌、大肠杆菌、嗜水气单胞菌、鮰爱德华氏菌和柱状黄杆菌都具有明显的生长抑制作用,表明黄颡鱼β-防御素具有广谱抗菌作用,对革兰氏阴性菌和阳性菌均有一定的抗菌效果。
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