双域抗微生物肽的结构、功能和进化研究

来源 :中国科学院研究生院 中国科学院大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:rghaijun23
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揭示物种特异的新基因的起源及其产生的分子遗传机制和动力学规律是当今进化生物学研究的核心科学问题。靶向进化多样性抗菌肽基因,对其进行了深入的结构和功能及进化的研究,有助于人类更好地探讨多肽进化的生物学意义和认识物种生态适应的进化机理。  采取进化生物学与实验生物学相结合的方式,开展了对寄生性昆虫丽蝇蛹集金小蜂体内由外显子改组介导复杂度增加的abaecin基因家族的结构、功能鉴定及进化的研究。首先,我们克隆了由外显了改组介导的nabaecin-3基因及其c端的供体基因navitripenicin。通过半定量分析得到nabaecin-3和navitripenicin在细菌攻击的条件下是表达上调,提示了其在免疫方面的作用。利用原核表达纯化技术及生物合成技术,成功获得了nabaecin-3全长,N端abaecin部分和C端navitripenicin部分的目的蛋白,并对其进行功能的评价。抗菌实验表明nabaecin-3全长具有很好的对抗G+、G-及真菌的活性,但C端navitripenicin部分仪具有较弱的对抗G+和G-活性,而N端abaecin部分则由于有害突变丧失掉了原本抗菌的功能。该研究结果首次提示了外显子改组在新基因进化过程中的重要的缓冲作用,即:通过外显子改组而获得的C端navitripenicin部分,缓冲了N端abaecin部分的有害突变,并与其结合形成新的抗菌表面,高效的对抗G+、G-及真菌的入侵。此外,在Nasonia的近缘种也发现了同源的nabaecin和navitripenicin基因,说明。nabaecin-3的进化不是偶然的,而是在寄生蜂中特定存在的,导致这种事件的机制可能与寄生生境相关的适应进化有关。  线虫具有多样性的生物群落和广泛的生态环境分布,为新型抗微生物肽的挖掘提供了良好的资源。本研究对线虫的13个物种中的免疫效应分子defensin基因进行了深度的剖析,发现了一类线虫谱系特异性的双域结构分子Bidefensin基因家族,其具有两个CSαβ基序并具有由内含子插入事件介导的多样化基因结构。利用原核表达纯化技术,成功获得了高纯度Bidefensin(Cre)目的蛋白,并对其进行了深入的结构和功能的研究。抗菌实验表明Bidefensin(Cre)具有一定的对抗G+的活性,但对G-及真菌只在少数菌株中发现较弱的抗菌功能。结构方面:CD数据提示了双域结构分子Bidefensin具有较保守的CSαβ构架。已获得的高质量的蛋白结晶为进一步的x衍射和最终三维结构解析提供了保障,也为深入剖析抗菌肽的功能表位提供可能。  本研究靶向进化多样性抗菌肽基因,通过原核表达技术,获得目标蛋白,深入评估其免疫功能,实验中采用的宏观思想结合微观技术的策略,不但加深了我们对效应分子的认识,也为进一步揭示天然免疫系统在物种间的进化历程,指引了方向。
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