烟粉虱被球孢白僵菌侵染后免疫应答相关基因的克隆及表达分析

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烟粉虱Bemisia tabaci(Gennadius)是一种世界性分布的重要害虫。球孢白僵菌Beauveriabassiana(Bals.) Vuill作为一种重要的虫生真菌,能通过侵染使烟粉虱致死,同时,被其侵染的烟粉虱常常通过免疫反应来抵御其侵染进程。昆虫对虫生真菌的免疫能力直接影向其侵染效率,这一直是以菌治虫领域的研究热点。本文鉴定了烟粉虱体内参与免疫反应的β-1,3-葡聚糖识别蛋白(β-1,3-glucan recognition proteins of B.tabaci,BtβGRPs)、丝氨酸蛋白酶(serine protease of B.tabaci,BtCLIPs)和溶茵酶(lysozyme of B.tabaci,BtLyzs)基因,根据其编码的氨基酸序列,与其它物种的同源蛋白序列进行系统进化分析;通过实时荧光定量PCR(quantitative real-time PCR,qRT-PCR)检测了被球孢白僵菌侵染后,烟粉虱体内基因的时间表达模式;并对BtβGRPs基因原核表达及纯化获得目的蛋白以制备抗体。本研究为探索烟粉虱生防的新靶标,增强球孢白僵菌在烟粉虱IPM体系中的作用奠定基础。全文的主要结果与结论如下:  1.烟粉虱模式识别受体βGRPs的先天免疫应答  为探索BtβGRP在烟粉虱先天免疫过程中的重要作用,对烟粉虱中鉴定的3个BtβGRPs基因编码的氨基酸序列进行结构分析,并与其它物种的23个同源蛋白进行系统进化分析,同时通过qRT-PCR检测分析球孢白僵菌侵染烟粉虱不同虫态不同时间点后BtβGRPs的时间表达模式。结果显示:经鉴定3个BtβGRPs蛋白序列均含有βGRP家族特有的保守性结构域,即糖苷水解酶活性结构域;且3个BtβGRPs独自聚在进化树的一支上,可能参与烟粉虱特有的级联路径;3个BtβGRPs基因在不同虫态和不同诱导时间点与对照相比,除BtβGRP3在卵期未表达外,均有上调表达趋势,但诱导程度不同;成虫诱导24~36 h后达到峰值,比卵和若虫稍晚,可能是由于烟粉虱成虫体表有白色蜡粉等物质,延迟了球孢白僵菌对虫体的侵染。  2.烟粉虱clip丝氨酸蛋白酶基因鉴定与分析  为了解参与烟粉虱免疫反应的clip丝氨酸蛋白酶(clip-domain serine proteases in B.tabaci,BtCLIPs)基因,对已鉴定的8个BtCLIPs基因编码的蛋白进行序列分析,与冈比亚按蚊、家蚕、黑腹果蝇、烟草天蛾4种模式昆虫的同源蛋白进行系统进化分析,并通过qRT-PCR检测球孢白僵菌侵染烟粉虱4龄若虫后BtCLIPs的时间表达模式。结果显示,8个BtCLIPs基因均为含有CLIPs结构域的丝氨酸蛋白酶基因;BtCLIP19、BtCLIP20和BtCLIP21独自聚在进化树的一支上;其它BtCLIPs均与4种模式昆虫中的1种或多种同源蛋白聚在一起;与对照相比,8个BtCLIPs基因受球孢白僵菌侵染后在不同时间点的相对表达量均上调,但诱导程度不同,48 h的相对表达量达最高,其中BtCLIP19上调表达最明显,为对照组的71倍。  3.烟粉虱溶菌酶基因的鉴定及表达分析  鉴定出烟粉虱4个溶菌酶基因,分别命名为BtLyz1、BtLyz2、BtLyz3和BtLyz4,基因序列全长分别为1819、1149、829和928 nt,分别编码159、160、148和160个氨基酸,且均含有信号肽。蛋白质结构分析、氨基酸序列比对和系统进化分析发现,BtLyz1和BtLyz4属于i型溶菌酶,BtLyz2和BtLyz3属于c型溶菌酶。BtLyz-1与豌豆长管蚜ApLyz-i1位于同一进化支上,BtLyz4与柑橘木虱DcLyz-i3和豌豆长管蚜ApLyz-i2位于同一进化支上。BtLyz2和BtLyz3与褐飞虱NlLyz-c1和异色瓢虫HaLyz-c3位于同一进化支上。与对照相比,卵期4个溶菌酶基因和若虫期BtLyz4的相对表达量没有显著变化;若虫期BtLyz1的相对表达量先上调再下调,而后又有所上调的波动趋势,24 h时上调表达最明显,为对照组的4.55倍;成虫期BtLyz1和BtLyz4的相对表达量均为先上调再下调,而后又有所上调的波动趋势,60 h时上调表达最明显,为对照组的11.31和4.21倍;若虫期BtLyz2和BtLyz3的相对表达量均为先上调再下调表达,在诱导24 h时上调表达最明显,为对照组的5.09和8.31倍,而后急剧下调,在60 h时下调表达最明显,为对照组的0.19和0.13倍;成虫期BtLyz2和BtLyz3的相对表达量均为先上调再下调的表达趋势,在24 h时上调最明显,为对照组的5.56和8.84倍。从烟粉虱体内鉴定了4个溶菌酶基因序列,其中2个为c型溶菌酶序列,2个为i型溶菌酶序列;在球孢白僵菌侵染烟粉虱不同虫态、不同时间后,卵期的相对表达量与对照相比没有显著变化;在若虫和成虫期,不同BtLyzs表现出不同的表达趋势。  4.烟粉虱模式识别受体βGRPs的原核表达与纯化  利用转录组数据,扩增得到BtβGRP1和BtβGRP2的完整开放阅读框(ORF)。其中BtβGRP1的ORF为837bp,编码278个氨基酸;BtβGRP2的ORF为531bp,编码176个氨基酸。成功构建了重组表达质粒pET-30a(+)/BtβGRP1和pET-32b(+)/BtβGRP2,将重组质粒转入感受态细胞中,经IPTG诱导表达后,发现pET-30a(+)/BtβGRP1和pET-32b(+)/BtβGRP2在IPTG不同浓度和不同诱导时间下,诱导表达量基本不变,且两种目的蛋白都是在包涵体中大量表达而在上清中表达量极少。选择0.2mmol/L的IPTG诱导6h用于后续实验,最终获得分子量约为40kDa和28 kDa的目的蛋白,采用BCA蛋白浓度测定法检测了纯化后的目的蛋白浓度,BtβGRP1的蛋白浓度为1.893 mg/mL,BtβGRP2的蛋白浓度为2.138 mg/mL,可用于后续试验。将目的蛋白送公司进行重组蛋白抗体的制备,用于后续蛋白功能检测。
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