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合浦珠母貝C型凝集素2的序列特征和表達分析

2011-12-31 00:00:00胡鈺婷張殿昌江世貴等
湖北農業科學 2011年19期

摘要:構建了合浦珠母貝(Pinctada fucata)的cDNA文庫,并通過EST序列篩選和重新測序獲得了一個新的C型凝集素基因的cDNA序列,命名為PoLEC2,其長度為1 659 bp,5’端非編碼區為39 bp,3’端非編碼區為45 bp,開放閱讀框為1 575 bp,可編碼524個氨基酸;PoLEC2蛋白的分子量約58.0 kD,等電點為5.2;PoLEC2蛋白包含一個信號肽序列(M1-A16)、一個MAM-2結構域和一個C型凝集素的糖識別結構域。同源性分析結果表明,PoLEC2與其他物種C型凝集素的糖識別結構域序列的同源性在26.5%~33.6%,相似性在45.1%~55.6%。組織表達分析表明,PoLEC2基因在肝胰臟、鰓、外套膜、性腺及腸組織中均有表達,經溶藻弧菌刺激后8h在腸組織中的表達量顯著上調。

關鍵詞:合浦珠母貝(Pinctada fucata);C型凝集素;序列特征;表達分析

中圖分類號:S917.4 文獻標識碼:A 文章編號:0439-8114(2011)19-4026-05

Sequence and Expression Analysis of a Novel C-type Lectin Gene from Pearl Oyster Pinctada fucata

HU Yu-ting1,2,ZHANG Dian-chang1,JIANG Shi-gui1,SU Tian-feng1,CUI Shu-ge1,3,GUO Hua-yang1,2,CHEN Ming-qiang1

(1. South China Sea Fisheries Research Institute, Chinese Academy of Fishery Sciences, Guangzhou 510300, China;

2. College of Fisheries and Life Science, Shanghai Ocean University, Shanghai 201306, China;

3. College of Life Science and Technology, Jinan University, Guangzhou 510632, China)

Abstract: The cDNA library was constructed from the pearl oyster(Pinctada fucata). A C-type lectin gene, named as PoLEC2, was obtained by screening and sequencing using EST sequences. The length of PoLEC2 cDNA sequence was 1 659 bp. Sequence analysis showed that the open reading frame of PoLEC2 gene was 1575 bp. The 5’-UTR length was 39 bp and 3’-UTR length was 45 bp. The PoLEC2 gene encoded a protein containing 524 amino acids, and the predicted molecular weight of PoLEC2 protein was about 58.0 kD with the isoelectric point of 5.2. The protein sequence of PoLEC2 gene contained a signal peptide sequence with 16 amino acids (M1-A16), a MAM-2 domain and a carbohydrate recognition domain of C-type lectin. Sequence analysis showed that the identity and similarity of the carbohydrate recognition domain of PoLEC2 genes between the P. fucata and other organisms were 26.5%~33.6% and 45.1%~55.6% respectively. Tissue expression analysis showed that the PoLEC2 gene was expressed in all tissues of P. fucata, and there was maximum expression in the intestine after 8 hours of the bacterial infection.

Key words: Pinctada fucata; C-type lectin; sequence features; expression analysis

C型凝集素為一類鈣離子依賴活性的糖蛋白,具有至少一個糖識別結構域(Carbohydrate recognition domains,CRD),能夠識別和結合細胞膜表面的糖基,其結合糖基具有專一性,即一種凝集素只能結合一種糖基[1,2]。C型凝集素是一種模式識別受體(Pattern recognition receptor,PRR)蛋白,主要有Man型配體(Man-type ligands)和Gal型配體(Gal-type ligands),Man型配體與D-甘露糖、D-葡萄糖結合,Gal型配體與D-半乳糖及其衍生物結合[2]。PRR蛋白能識別病原微生物引起宿主的免疫應答,在無脊椎動物免疫防御中發揮著重要作用[1,2]。

合浦珠母貝(Pinctada fucata)又稱馬氏珠母貝,是我國海水珍珠的主要種類,由其所產的珍珠即為舉世聞名的“南珠”。近年來,由于養殖技術落后、養殖環境污染和種質退化,致使養殖合浦珠母貝出現了生長緩慢、病害頻發及死亡率高等現象[3],嚴重影響了合浦珠母貝養殖業的發展。因此,必須加強合浦珠母貝免疫防御分子機制的研究,為其免疫防治策略的制定提供理論依據。目前在櫛孔扇貝(Chlamys farreri)、海灣扇貝(Argopecten irradians)及長牡蠣(Crassostrea gigas)等[4-8]軟體動物中初步開展了免疫防御分子機制的研究,發現在扇貝中存在多種C型凝集素基因,這種多樣性可能與其所面臨的海洋環境有關。中國水產科學研究院南海水產研究所養殖實驗室近年來在合浦珠母貝免疫防御分子機制方面開展了大量研究工作,獲得了多個免疫防御相關基因[9-11]。本研究通過構建合浦珠母貝的cDNA文庫,獲得了一種新的C型凝集素基因,命名為PoLEC2,通過生物信息學方法分析了其序列特征,并用實時熒光定量PCR技術考察了其表達特征。

1材料與方法

1.1材料

合浦珠母貝來自海南省陵水縣新村珍珠貝養殖基地,體長5.5~7.0 cm,置于25~27 ℃充氣的海水中暫養1周。試驗以在閉殼肌內注射100 μL PBS緩沖液(pH值為6.8)的合浦珠母貝為對照組;以注射100 μL溶藻弧菌(Vibrio alginolyticus)懸液(取過夜培養的溶藻弧菌懸浮于PBS緩沖液中,OD600 nm=0.4)的合浦珠母貝為刺激組。取樣時每個試驗組取5~6只貝以消除個體間的差異。

1.2cDNA文庫構建和EST分析

取合浦珠母貝刺激8 h后的全組織于液氮下研碎,采用RNeasy Mini Kit(QIAGEN)提取總RNA,用ZAP-cDNA?誖Synthesis Kit (Stratagene)、ZAP-cDNA?誖Gigapack III Gold Cloning Kit (Stratagene)和PolyA Ttract?誖mRNA Isolation System III(Promega)等試劑盒(購自Stratagene公司)構建合浦珠母貝的cDNA文庫。挑取克隆測序后進行BLASTX比對,發現其中一個EST序列與櫛孔扇貝(Chlamys farreri,GenBank登錄號為ABB71676)的C型凝集素基因的同源性較高,挑取該陽性克隆重新測序,獲得了合浦珠母貝的C型凝集素基因的cDNA序列,命名為PoLEC2。

1.3序列分析

利用DNAStar軟件查找合浦珠母貝C型凝集素cDNA序列中最大開放閱讀框,用DNATool version 6.0軟件將其翻譯為氨基酸序列。采用SignalP 3.0[12]軟件(http://www.cbs.dtu.dk/services/SignalP/)對所編碼的氨基酸預測信號肽,利用SMART程序[13,14](http://www. smart. emblh eidelb erg.de/)和Scan-Prosite 程序(http://expasy.org/tools/)預測蛋白質結構,用Swiss-model(http://swissmodel. expasy.org/)軟件預測空間結構。用CLUSTALW程序進行多序列比對后,用BioEdit程序進行同源性分析,并用MatGAT 2.01 軟件[15]計算多序列的同源性和相似性。

1.4PoLEC2基因表達分析

取未刺激的合浦珠母貝的肝胰臟、鰓、外套膜、腸和性腺用于組織表達模式分析,取溶藻弧菌刺激后0、2、4、8、12、24、48、72 h合浦珠母貝的腸進行免疫應激試驗。以上組織均采用RNeasy Mini Kit(QIAGEN)提取總RNA。提取的總RNA用RNase-free的DNase I處理,用分光光度計定量,使參與反應的RNA終濃度為25 ng/μL,用PrimeScriptTM RT reagent Kit(TaKaRa DRR037S)合成cDNA第一鏈,反應程序為37 ℃ 15 min,85 ℃ 5 s,反應完畢后將cDNA置-80 ℃冰箱中保存備用。

根據已獲得的cDNA序列設計上游引物PoLEC2-F(5′-GGCGAAACTATCAACAAAAG-3′)和下游引物PoLEC2-R(5′-CCAATGAACATACGAAG

AGC-3′),用β-actin作內參,其上游引物為5′-GACTGAGGCTCCACTCAACC-3′,下游引物為5′-CTCTCAGCTGTGGTGGTGAA-3’,以cDNA第一鏈為模板,進行實時熒光定量PCR反應。反應體系總體積為20 μL,包含2× SYBR Green Real-time PCR Master Mix(TaKaRa)10 μL, cDNA 1 μL,正反向引物各0.4 μL,雙蒸水8.2 μL,每個樣品設3個平行,并用雙蒸水代替cDNA模板作為陰性對照。反應程序為:95 ℃預變性2 min;95 ℃變性15 s,60 ℃退火1 min,72 ℃延伸30 s,共40個循環;72 ℃延伸10 min。采用CT值法(2-ΔΔCT method)[16]和SPSS 13.0軟件進行數據分析。

2結果與分析

2.1序列分析

獲得的PoLEC2序列已提交至GenBank,其登陸號為HQ827789。序列分析表明(圖1),PoLEC2 cDNA序列的長度為1 659 bp,其中開放閱讀框為

1 575 bp,可編碼524個氨基酸,5’端非編碼區為39 bp,3’端非編碼區為45 bp。PoLEC2蛋白的分子量約58.0kD,等電點為5.2。PoLEC2蛋白包含一個信號肽序列(M1-A16),一個MAM-2結構域和一個糖識別結構域(CRD),CRD 序列含6個保守的半胱氨酸和1個糖結合位點QPN。

2.2結構分析

利用Swiss-model軟件預測了PoLEC2、PoLEC1(Pinctada fucata,GenBank登陸號:ACO36045)和櫛孔扇貝C型凝集素中CRD的空間結構(圖2),這3個空間結構均由α螺旋、β折疊和線性結構構成,整個CRD的空間結構形成一個緊湊的球形結構,3個序列的空間結構有很大的相似性,中間是β折疊片層,并形成2個反向平行結構(圖2 橢圓所示)。

2.3同源性和相似性分析

PoLEC2與其他已知物種的C型凝集素基因CRD序列經MatGAT軟件分析后,在所分析的物種中,其同源性在26.5%~33.6%之間,相似性在45.1%~55.6%之間,與櫛孔扇貝相似性最高,相似性達55.6%(表1)。序列比對結果表明,所比對的C型凝集素序列有6個保守的半胱氨酸位點,后面4個半胱氨酸兩兩連接形成二硫鍵(圖3)。

2.4PoLEC2基因的組織表達分析

組織表達分析結果表明,PoLEC2基因在所檢測的組織中均有表達,其中在肝胰臟中的表達量顯著高于其他組織(P<0.05),在鰓、外套膜、腸和性腺中均有微量表達(圖4)。經溶藻弧菌刺激后,PoLEC2基因在腸中的表達分析表明,刺激后8 h,刺激組表達量相對于對照組顯著上調(P<0.01),其他時間段則無顯著差異(圖5)。

3討論

本研究獲得的PoLEC2 cDNA序列的長度為

1 659 bp,共編碼524個氨基酸,信號肽序列為M1-A16,成熟肽中包括了一個MAM-2結構域和一個C型凝集素的CRD,CRD中有6個保守的半胱氨酸,后面4個半胱氨酸形成2個二硫鍵[17]。同時,CRD中存在糖結合位點,不同的糖結合位點有不同的糖結合特性,糖結合位點一般有EPN、EPD、QPD和QPN等,前兩者有甘露糖結合特性,后兩者有半乳糖結合特性[18],本序列的糖結合位點為QPN,具有半乳糖結合特性。此外,CRD功能域可能與其他功能域或基序相連,PoLEC2的CRD與MAM-2結構域相連,該功能域有粘附功能。C型凝集素基因中存在一個或幾個相同的CRD與幾個不同的CRD,而CRD的作用是與鈣離子一起介導糖基的結合[19]。單個CRD一般存在于比較低等生物的C型凝集素中,其他物種的C型凝集素有幾個相同的或不同的CRD[20],在PoLEC2中只存在一個CRD結構。PoLEC2的空間結構分析結果表明,PoLEC2的CRD結構和PoLEC1、櫛孔扇貝的CRD的空間結構十分相似,均形成一個緊湊的球形結構,并形成2個反向平行結構,C型凝集素結構域的空間構型是一個雙環結構。一個為N-末端和C-末端的β鏈緊靠在一起形成了一個反平行的β片層,另一個為“長環”被包含在結構域當中[21]。

同源性分析結果表明,PoLEC2與其他已知物種的C型凝集素基因CRD序列的同源性在26.5%~33.6%之間,相似性在45.1%~55.6%之間,其中與櫛孔扇貝相似性最高為55.6%。C型凝集素基因在不同物種間的同源性和相似性相對比較低,孫允東[22]也指出在同一類對蝦中,C型凝集素的相似性不是很高。

組織表達分析研究表明,PoLEC2基因在合浦珠母貝肝胰臟中的表達水平最高,在性腺中的表達水平最低,有關文獻表明,C型凝集素在貝類各個組織中的表達水平是不同的,如櫛孔扇貝Cflec-4等的C型凝集素在肝胰臟中的表達量是最高的,在其他組織中也有所表達[4-6]。腸的時序表達分析表明,刺激后8 h表達量顯著上調,這表明合浦珠母貝的C型凝集素可能參與了其免疫反應,在合浦珠母貝免疫防御中起重要作用。

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