摘要:構(gòu)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(qū)為39 bp,3’端非編碼區(qū)為45 bp,開放閱讀框?yàn)椋?575 bp,可編碼524個氨基酸;PoLEC2蛋白的分子量約58.0 kD,等電點(diǎn)為5.2;PoLEC2蛋白包含一個信號肽序列(M1-A16)、一個MAM-2結(jié)構(gòu)域和一個C型凝集素的糖識別結(jié)構(gòu)域。同源性分析結(jié)果表明,PoLEC2與其他物種C型凝集素的糖識別結(jié)構(gòu)域序列的同源性在26.5%~33.6%,相似性在45.1%~55.6%。組織表達(dá)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(dá),經(jīng)溶藻弧菌刺激后8h在腸組織中的表達(dá)量顯著上調(diào)。
關(guān)鍵詞:合浦珠母貝(Pinctada fucata);C型凝集素;序列特征;表達(dá)分析
中圖分類號:S917.4 文獻(xiàn)標(biāo)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(jié)構(gòu)域(Carbohydrate recognition domains,CRD),能夠識別和結(jié)合細(xì)胞膜表面的糖基,其結(jié)合糖基具有專一性,即一種凝集素只能結(jié)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(jié)合,Gal型配體與D-半乳糖及其衍生物結(jié)合[2]。PRR蛋白能識別病原微生物引起宿主的免疫應(yīng)答,在無脊椎動物免疫防御中發(fā)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(chǎn)的珍珠即為舉世聞名的“南珠”。近年來,由于養(yǎng)殖技術(shù)落后、養(yǎng)殖環(huán)境污染和種質(zhì)退化,致使養(yǎng)殖合浦珠母貝出現(xiàn)了生長緩慢、病害頻發(fā)及死亡率高等現(xiàn)象[3],嚴(yán)重影響了合浦珠母貝養(yǎng)殖業(yè)的發(fā)展。因此,必須加強(qiáng)合浦珠母貝免疫防御分子機(jī)制的研究,為其免疫防治策略的制定提供理論依據(jù)。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(jī)制的研究,發(fā)現(xiàn)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(huán)境有關(guān)。中國水產(chǎn)科學(xué)研究院南海水產(chǎn)研究所養(yǎng)殖實(shí)驗(yàn)室近年來在合浦珠母貝免疫防御分子機(jī)制方面開展了大量研究工作,獲得了多個免疫防御相關(guān)基因[9-11]。本研究通過構(gòu)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(xué)方法分析了其序列特征,并用實(shí)時熒光定量PCR技術(shù)考察了其表達(dá)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(yǎng)殖基地,體長5.5~7.0 cm,置于25~27 ℃充氣的海水中暫養(yǎng)1周。試驗(yàn)以在閉殼肌內(nèi)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(yǎng)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(yàn)組?。怠吨回愐韵齻€體間的差異。
1.2cDNA文庫構(gòu)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(gòu)建合浦珠母貝的cDNA文庫。挑取克隆測序后進(jìn)行BLASTX比對,發(fā)現(xiàn)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(yù)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(yù)測蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu),用Swiss-model(http://swissmodel. expasy.org/)軟件預(yù)測空間結(jié)構(gòu)。用CLUSTALW程序進(jìn)行多序列比對后,用BioEdit程序進(jìn)行同源性分析,并用MatGAT 2.01 軟件[15]計(jì)算多序列的同源性和相似性。
1.4PoLEC2基因表達(dá)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(dá)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(jìn)行免疫應(yīng)激試驗(yàn)。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(jì)定量,使參與反應(yīng)的RNA終濃度為25 ng/μL,用PrimeScriptTM RT reagent Kit(TaKaRa DRR037S)合成cDNA第一鏈,反應(yīng)程序?yàn)椋常?℃ 15 min,85 ℃ 5 s,反應(yīng)完畢后將cDNA置-80 ℃冰箱中保存?zhèn)溆谩?/p>
根據(jù)已獲得的cDNA序列設(shè)計(jì)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(nèi)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(jìn)行實(shí)時熒光定量PCR反應(yīng)。反應(yīng)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(shè)3個平行,并用雙蒸水代替cDNA模板作為陰性對照。反應(yīng)程序?yàn)椋海梗?℃預(yù)變性2 min;95 ℃變性15 s,60 ℃退火1 min,72 ℃延伸30 s,共40個循環(huán);72 ℃延伸10 min。采用CT值法(2-ΔΔCT method)[16]和SPSS 13.0軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。
2結(jié)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?yàn)?/p>
1 575 bp,可編碼524個氨基酸,5’端非編碼區(qū)為39 bp,3’端非編碼區(qū)為45 bp。PoLEC2蛋白的分子量約58.0kD,等電點(diǎn)為5.2。PoLEC2蛋白包含一個信號肽序列(M1-A16),一個MAM-2結(jié)構(gòu)域和一個糖識別結(jié)構(gòu)域(CRD),CRD 序列含6個保守的半胱氨酸和1個糖結(jié)合位點(diǎn)QPN。
2.2結(jié)構(gòu)分析
利用Swiss-model軟件預(yù)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(jié)構(gòu)(圖2),這3個空間結(jié)構(gòu)均由α螺旋、β折疊和線性結(jié)構(gòu)構(gòu)成,整個CRD的空間結(jié)構(gòu)形成一個緊湊的球形結(jié)構(gòu),3個序列的空間結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)(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(jīng)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(dá)55.6%(表1)。序列比對結(jié)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(diǎn),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(dá)分析
組織表達(dá)分析結(jié)果表明,PoLEC2基因在所檢測的組織中均有表達(dá),其中在肝胰臟中的表達(dá)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(dá)(圖4)。經(jīng)溶藻弧菌刺激后,PoLEC2基因在腸中的表達(dá)分析表明,刺激后8 h,刺激組表達(dá)量相對于對照組顯著上調(diào)(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(jié)構(gòu)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(jié)合位點(diǎn),不同的糖結(jié)合位點(diǎn)有不同的糖結(jié)合特性,糖結(jié)合位點(diǎn)一般有EPN、EPD、QPD和QPN等,前兩者有甘露糖結(jié)合特性,后兩者有半乳糖結(jié)合特性[18],本序列的糖結(jié)合位點(diǎn)為QPN,具有半乳糖結(jié)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(jié)構(gòu)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(dǎo)糖基的結(jié)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(jié)構(gòu)。PoLEC2的空間結(jié)構(gòu)分析結(jié)果表明,PoLEC2的CRD結(jié)構(gòu)和PoLEC1、櫛孔扇貝的CRD的空間結(jié)構(gòu)十分相似,均形成一個緊湊的球形結(jié)構(gòu),并形成2個反向平行結(jié)構(gòu),C型凝集素結(jié)構(gòu)域的空間構(gòu)型是一個雙環(huán)結(jié)構(gòu)。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(huán)”被包含在結(jié)構(gòu)域當(dāng)中[21]。
同源性分析結(jié)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(dá)分析研究表明,PoLEC2基因在合浦珠母貝肝胰臟中的表達(dá)水平最高,在性腺中的表達(dá)水平最低,有關(guān)文獻(xiàn)表明,C型凝集素在貝類各個組織中的表達(dá)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(dá)量是最高的,在其他組織中也有所表達(dá)[4-6]。腸的時序表達(dá)分析表明,刺激后8 h表達(dá)量顯著上調(diào),這表明合浦珠母貝的C型凝集素可能參與了其免疫反應(yīng),在合浦珠母貝免疫防御中起重要作用。
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