加州鱸p65基因克隆及表達分析

摘要 從加州鱸（Micropterus salmoides）腦組織中克隆獲得NF-κB家族中p65基因的編碼區序列，該基因cDNA全長1 944 bp，ORF為1 899 bp，可編碼632個氨基酸。理論分子質量為69.61 ku，理論等電點（PI）為5.66，通過生信學分析工具對p65基因蛋白結構進行分析，同時對其蛋白功能進行預測，結果顯示：該基因不含有信號肽序列，同時不存在跨膜結構域，但存在1個NF-κB家族保守的結構域。多序列比對結果顯示，加州鱸（Micropterus salmoides）p65與小口黑鱸（Micropter us dolomieu）的相似度最高，達99.30%；構建系統進化樹發現，加州鱸（Micropterus salmoides）p65與小口黑鱸（Micropter us dolomieu）聚為一支。通過qRT-PCR結果表明，加州鱸p65基因在所取組織均有表達，在腦組織中表達量最高，其次是頭腎、胸腺和心臟，在脾臟組織中的表達量最低。

關鍵詞 加州鱸；p65；生物信息學；組織表達分析

中圖分類號 S 917.4 文獻標識碼 A 文章編號 0517-6611（2024）16-0091-05

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2024.16.019

開放科學（資源服務）標識碼（OSID）：

Cloning and Expression Analysis of p65 Gene in Micropterus salmoides

QIU Jin-zhu， TANG Huai-qing， SONG Hai-xia et al

（Zhongshan Agricultural Product Quality and Safety Inspection Institute， Zhongshan， Guangdong 528400）

Abstract Cloning and obtaining the coding region sequence of the p65 gene in the NF-κ B family from the brain tissue of Micropterus salmoides， with a total cDNA length of 1 944 bp， the ORF is 1 899 bp and can encode 632 amino acids. The theoretical molecular weight is 69.61 ku， and the theoretical isoelectric point （PI） is 5.66. The protein structure of the p65 gene was analyzed using bioinformatics analysis tools， and its protein function was predicted.The results showed that the gene does not contain a signal peptide sequence and does not have a transmembrane domain， but there is a conserved domain in the NF-κ B family. The results of multiple sequence alignment show that the similarity between Micropterus salmoides p65 and Micropterus dolomieu is the highest， at 99.30%; constructing a phylogenetic tree， it was discovered that the Micropterus salmoides p65 and Micropterus dolomieu clustered together.The results of qRT PCR indicate that the Micropterus salmoides p65 gene is expressed in all selected tissues， with the highest expression level in brain tissue， followed by the head kidney， thymus， and heart， and the lowest expression level in spleen tissue.

Key words Micropterus salmoides;p65;Bioinformatics;Organizational expression analysis

基金項目 中山市2021年第二批社會公益與基礎研究項目“加州鱸虹彩病毒病發病規律與防控技術研究”（2021B2056）。

作者簡介 丘金珠（1989—），女，廣東梅州人，工程師，碩士，從事水產經濟動物病害防治研究。

*通信作者，高級工程師，從事水產經濟動物病害防治研究。

收稿日期 2023-09-22

細胞核轉錄因子κB（nuclear factor kappa B，NF-κB）是免疫應答與炎癥反應中一種重要的調控蛋白，最初被發現能夠與免疫球蛋白κ基因上的增強子特定序列（GGGACTTTCC，κB序列）結合，進而調控B細胞內κB輕鏈的表達^［1］。NF-κB家族由5個成員蛋白單體（p50、p52、p65 ［RelA］、Rel B和c-Rel）組成，均由N末端DNA結合域，即Rel同源結構域（Rel homology domain，RHD）形成15種具有不同功能的同源或異源二聚體^［2-3］。有研究表明，NF-κB信號通路有2種途徑，其中經典途徑是由病原體激活炎癥分子引發，而非經典途徑是由細胞發育激活^［4］。通過NF-κB經典途徑活化的產物多以p50和p65的異源二聚體出現^［5］。

以往研究發現，p65基因是NF-κB的一個亞單位，經翻譯修飾后可以嚴格調控NF-κB的轉錄激活，在炎癥反應或經由炎癥反應引發的相關疾病發生期間起到調控作用^［6］。p65可以調節TNF-α、IL-1β、IL-6、IL-8、iNOS、IFN-β和β-防御素等免疫相關基因的表達，作為經典NF-κB家族的成員，p65也被認為是病毒感染誘導的I型和III型IFN和促炎細胞因子轉錄的關鍵調節因子^［7］。在Ouyang等^［2］研究表明，p65除了促炎免疫應答之外，還在抗病毒和IFN應答中起作用。還有研究表明，使p65的R30去甲基化后的精氨酸甲基轉移酶PRMT5在調節內皮細胞炎癥、增殖和分化中也起到關鍵作用^［8］。還有研究發現，在淡水和海洋生物中存在NF-κB途徑，其中圓尾鱟具有原始的NF-κB信號通路，該通路在調節關鍵免疫防御分子的表達中起著重要作用^［9］；鱖魚的NF-κB信號通路可能參與鱖魚抗病毒感染的免疫應答^［10］。

加州鱸（Micropterus salmoides）原產于美國，中文學名大口黑鱸，自20世紀80年代引入我國后，因其生長迅速，抗病力強，適溫性廣，肉質鮮美，經濟價值較高^［11］等特點，逐漸成為我國主要養殖品種之一。但由于養殖規模和密度的增加以及養殖環境的惡化，加州鱸養殖病害頻發，病原種類復雜多樣，涵蓋鰻弧菌、鰤魚諾卡氏菌、嗜水氣單胞菌等細菌類，虹彩病毒、彈狀病毒和雙RNA病毒等病毒類，以及主要由纖毛蟲引起的寄生蟲類疾病^［12］，一旦處理不及時，將會給加州鱸產業造成巨大影響。p65基因在不同物種上發揮的主要功能仍需探索，目前已在部分魚類中研究了p65基因，但p65基因在魚類免疫中的定位尚不明確。筆者克隆加州鱸p65基因開放閱讀框（ORF），對其基因序列進行生物信息學分析，分析其基因結構，預測其蛋白功能，檢測該基因在各組織的分布，以期為后續深入研究加州鱸p65基因提供理論基礎。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

從中山某養殖場采集的健康加州鱸［（200±10） g/尾］。所用常規試劑均從深圳市科普生物有限公司購買；RNA提取及cDNA反轉試劑盒，DNA凝膠回收純化試劑盒和qPCR相關試劑盒均購自北京全式金生物技術有限公司。

1.2 試驗方法

1.2.1 加州鱸Total RNA的提取和cDNA的合成。

撈取暫養的健康加州鱸3尾，收集心臟、鰓、眼和肝臟等10 個器官的組織各10 ～ 20 mg，迅速放入裝有Trizol的無RNA酶管中，用已消毒DEPC水處理過的鋼柱打碎組織，然后置于-80 ℃保存。待樣品處理完畢后，取出冷凍保存的組織樣品，參照TransZol Up Plus RNA Kit 說明書提取加州鱸總RNA，再參照北京全式金EasyScript First-Strand cDNA Synthesis SuperMix試劑盒說明書進行反轉錄合成cDNA。

1.2.2 加州鱸p65基因全長的克隆。

根據NCBI上已知加州鱸基因組信息，設計克隆p65基因ORF序列的引物p65-F和p65-R（表1），隨后將PCR產物送至廣州生工測序。

1.2.3 加州鱸p65基因的生物信息學分析。

用生物學軟件對加州鱸p65測序結果進行序列拼接，并將拼接結果進行比對。隨后利用生物信息學網站在線分析加州鱸p65氨基酸理化性質分析、涉及的通路、信號肽、跨膜結構域、亞細胞定位，并構建三維結構。在NCBI上下載與加州鱸p65氨基酸相似其他物種p65序列，利用生信分析軟件對這些氨基酸序列進行進化分析。

1.2.4 加州鱸p65基因的組織表達分析。

根據p65基因序列，利用Primer 5.0 軟件設計熒光定量引物pMs-p65-F和qMs-p65-R（表1），使用德國耶拿qTower3.0熒光定量儀進行qRT-PCR反應，分析p65基因在健康加州鱸各組織的特異性分布，qRT-PCR 反應體系和反應條件參考文獻［1］研究方法。qRT-PCR以β-actin基因為內參基因（表1），每個樣品重復檢測3次，試驗結果采用2^-ΔΔCt法計算，用GraphPad Prism 8 軟件進行數據分析及圖表處理。

2 結果與分析

2.1 加州鱸p65基因的克隆

用p65-F、p65-R作為引物，加州鱸腦組織cDNA作為模板進行PCR擴增，獲得的產物測序后經NCBI Blast分析判定該擴增產物為加州鱸p65基因。ORF為1 899 bp，可編碼632個氨基酸（圖1）。

2.2 加州鱸p65的生物信息學分析

加州鱸p65基因編碼蛋白的理論分子質量為69.61 ku，理論等電點（PI）為5.66，脂肪指數（aliphatic index）為64.53，不穩定指數為45.54，總體平均親水性（GRAVY）為-0.616，屬于親水性蛋白（圖2）。

該蛋白主要存在于細胞膜表面，為胞外蛋白；不存在跨膜區（圖3），這與TMHMM Server 2.0 預測結果一致。該基因經Signal P 4.1 Server預測發現，其不存在信號肽序列（圖4），為胞外蛋白。

蛋白質亞細胞定位預測p65蛋白在細胞中各位置的分布概率：73.9%（細胞核）、17.4%（線粒體）、8.7%（細胞質），Cell-PLoc對p65進行亞細胞定位預測的結果為細胞核。SoftBerry-Psite預測該序列功能位點，發現該序列N-糖基化位點9個和蛋白激酶C磷酸化位點8個，N-豆蔻酰化位點和C末端定位信號序列微體各6個，酪蛋白激酶II磷酸化位點5個，cAMP 和 cGMP相關磷酸化位點2個，CAAX box 2個，糖胺聚糖附著位點和NF-kb背側結構域信號各1個。

通過 SOPMA 分析加州鱸p65蛋白的二級結構，發現無規則卷曲由394個氨基酸組成，占62.35%；α-螺旋由95個氨基酸組成，占15.03%；β-轉角結構由20個氨基酸組成，占3.16%；延伸鏈由123個氨基酸組成，占19.46%（圖5）。利用 SWISS-MODLE 在線構建蛋白質3級結構，結果如圖6所示。

2.3 同源性及系統進化

多序列比對結果顯示，加州鱸p65與小口黑鱸（Micropter us dolomieu）的相似度最高，達99.30%；與褐點石斑魚（Epinephelus fuscoguttatus）、蒼白矛吻蝠（Phyl-lostomus discolor）、鸮鸚鵡（Strigopshabroptila）、束帶蛇（Thamnophis elegans）的相似度分別是87.14%、72.84%、72.36%、70.14%（圖7），其中存在高度保守序列，如轉錄因子NF-κB信號序列。將NCBI上已知其他物種的p65基因和加州鱸p65基因，通過N-J法構建系統進化樹，發現加州鱸與小口黑鱸（Micropter us dolomieu）聚為一支（圖8），這與多序列比對結果相符。

2.4 加州鱸p65基因的組織分布

通過實時熒光定量技術檢測p65基因在加州鱸所有待測組織中的相對表達量，結果顯示，該基因在各個組織中均能表達，但在腦組織中相對表達量最高，其次為頭腎、胸腺、心臟，在脾臟中相對表達量最低（圖9）。

3 討論

該研究克隆加州鱸p65基因ORF序列，全長1 899 bp，編碼632個氨基酸。其蛋白不存在信號肽序列；其不穩定指數超過40，屬于不穩定蛋白；p65蛋白氨基酸序列親水性殘基多于疏水性殘基，表現為親水性，進一步說明p65屬于不穩定的親水性蛋白；p65蛋白二級結構主要由無規則卷曲組成，占比超過60%，與蛋白三級結構預測結果一致；亞細胞定位預測顯示p65蛋白主要位于細胞核，在蛋白跨膜結構域分析中發現加州鱸p65不存在跨膜結構域，這也進一步證實亞細胞定位的結果，說明p65蛋白可能在細胞核中合成。在推定的加州鱸p65氨基酸序列中預測了24個蛋白結合位點，可作為與IκBs進行蛋白互作的結構域。總之，對加州鱸p65蛋白進行生物信息學分析有利于揭示其可能參與的生物進程，也為后續研究p65在加州鱸中的其他功能提供理論基礎。

將加州鱸p65核苷酸序列上傳NCBI進行BLAST比對，結果顯示，加州鱸p65基因與硬骨魚類序列非常相似，與小口黑鱸相似度最高，高達99.30%；與哺乳類和爬行類相似度較低，分別為72.36%和70.14%，這可能是由于它們之間的進化方向不同。構建NJ系統進化樹結果表明，加州鱸p65與M.dolomieu聚為一支，表明它們可能來源于一個祖先，且與BLAST結果相符，同時不同物種的p65氨基酸序列間都具有高度保守序列，說明該基因在進化過程中十分保守。綜合以上結果說明，加州鱸p65與其他魚類p65蛋白在結構上具有一定相似性，由此推測它們在功能上具有共同點。

近年來，p65已經在多種魚類物種中被克隆和鑒定，如鱖魚（Siniperca chuatsi）^［10］、褐牙鲆（Paralichthys olivaceus）^［13］、草魚（Ctenopharyngodon idella）^［14］、黃顙魚（Pelteobagrusfulvidraco）^［14］、鯉魚（Cyprinus carpio L.）^［15］、卵形鯧鲹（Trachinotus ovatus）^［16］和斜帶石斑魚（Epinephelus coioides）^［17］。最近，一項研究還報道了p65缺失的斑馬魚（Danio rerio）^［2］，與野生型斑馬魚相比，p65缺失的斑馬魚對病毒感染更加敏感，并表現出更高的致死率和更嚴重的病理癥狀，表明與p65相關的經典NF-kB途徑不僅對促炎反應重要，而且對與抗病毒免疫反應來說也是必不可少的。加州鱸p65組織定量分布結果顯示，該基因廣泛分布于各檢測組織中。其中p65在腦中表達量最高，頭腎、胸腺、心臟的表達量次之，脾臟的表達量最低。目前已報道的不同魚類的p65基因在各組織中的表達情況差異較大，金鯧魚^［16］p65在肝臟高水平表達，在腸、心臟和胃低表達，牙鲆^［13］ p65在腸、鰓和胃中高水平表達，在肝臟、眼、皮膚低表達，稀有鮈鯽^［18］ p65在肝臟中表達最高，在腎臟中表達最低。加州鱸的肝臟表達量較低與牙鲆相符，與稀有鮈鯽結果相反。目前p65在魚類中研究較少，已報道研究中魚類各組織表達量差異較大，難以進行比較，探究p65在病毒感染中的作用需在后續試驗中加以驗證。

4 結論

該研究成功克隆加州鱸p65基因，該基因cDNA全長1 944 bp，ORF為1 899 bp，可編碼632個氨基酸。通過生物信息學分析發現，該基因不具有信號肽和跨膜結構域，但存在一個 NF-κB家族保守背側結構域。熒光定量分析發現，加州鱸p65在所測組織中均有表達，在腦、頭腎、胸腺、心臟中表達水平較高，在脾臟組織中的表達量最低。

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