中华乌塘鳢重要免疫相关基因的分子克隆、基因表达及功能研究

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中华乌塘鳢(Bostrychus sinensis)隶属于鲈形目(Perciformes)、塘鳢科(Eleotridae)、乌塘鳢属(Bostrychus),系河口咸淡水暖水性小型鱼类,具有生命力强、生长快、喜穴居等特点。生理学研究表明,中华乌塘鳢耐干露能力强,干露20h不死亡,非常适合活体运输远销。近年来,广西、广东、福建等沿海地区掀起了一股养殖中华乌塘鳢的热潮,使其成为重要的人工养殖对象。随着养殖面积的不断增加,包括肠炎病、赤皮病、弧菌病、寄生虫病等各种养殖疾病也相继出现,对中华乌塘鳢养殖业造成较大的经济损失。因此,开展中华乌塘鳢养殖病害方面的研究,对于促进养殖业的可持续健康发展具有重要的意义。本研究从台州患病中华乌塘鳢体内分离出1株优势菌,通过回归感染、组织病理切片、生理生化及分子生物学等手段,对患病中华乌塘鳢开展病原学、免疫学等方面的研究,为该病的诊断和防治提供参考。利用中华乌塘鳢在感染副溶血弧菌后脾脏进行转录组测序分析和建立cDNA文库,然后筛选了以下4个重要的先天免疫基因进行分析:1.中华乌塘鳢超氧化物歧化酶(BsCu/Zn-SOD与BsMn-SOD)基因的克隆及mRNA表达分析本研究克隆获得中华乌塘鳢超氧化物歧化酶基因家族的两个亚型,即BsCu/Zn-SOD和BsMn-SOD的编码基因(Coding sequence,CDS)序列,其中Cu/Zn-SOD基因的开放阅读框包含465bp核苷酸,编码154个氨基酸;Mn-SOD基因的开放阅读框包含678bp核苷酸且编码225个氨基酸。序列分析显示,Cu/Zn-SOD基因无信号肽,为胞内蛋白;Mn-SOD基因在N端含有27aa线粒体靶向序列。正常组织分布检测显示,BsCu/Zn-SOD与BsMn-SOD基因在检测的脑、皮肤、肌肉、鳃、头肾、脾脏、肝脏、外周血、心脏中均有分布,BsCu/Zn-SOD基因在肌肉中分布最广泛,而BsMn-SOD基因主要在肌肉中分布。在副溶血弧菌和聚肌胞苷酸Poly(I:C)刺激下,BsCu/Zn-SOD与BsMn-SOD基因在肝脏、脾脏、外周血和头肾四个组织中的表达量均显著上调。2.中华乌塘鳢过氧化氢酶(BsCAT)基因的克隆、mRNA表达及功能分析本研究克隆获得中华乌塘鳢过氧化氢酶基因(BsCAT)的CDS序列,BsCAT基因的开放阅读框包含1578bp核苷酸,编码525个氨基酸。序列分析显示,BsCAT基因与其它硬骨鱼类具有较高的同源性,尤其是过氧化氢酶近端活性位点与过氧化氢酶近端血红素配体签名序列都非常保守和三个氨基酸催化位点His75,Asn158和Tyr358。正常组织分布检测显示,BsCAT基因在健康的中华乌塘鳢的脑、皮肤、肌肉、鳃、头肾、脾脏、肝脏、外周血、心脏中均有分布,但在肝脏中的表达量最高。在副溶血弧菌和Poly(I:C)感染下,实时荧光定量显示,BsCAT基因在肝脏、脾脏、外周血和头肾四个组织中的表达量均显著上调。纯化的重组BsCAT蛋白分析表明其最佳温度和pH分别为15℃和pH 7.0。3.中华乌塘鳢溶菌酶(BsLysG与BsLysC)基因的克隆、mRNA表达及功能分析本研究克隆获得中华乌塘鳢溶菌酶基因家族的两个亚型,即BsLysG和BsLysC的CDS基因及基因组序列,其中BsLysG基因的开放阅读框包含591bp核苷酸,编码196个氨基酸,其基因组总共包含5046bp核苷酸,四个内含子五个外显子组成;BsLysC基因的开放阅读框包含465bp核苷酸且编码154个氨基酸,其基因组总共包含2493bp核苷酸,3个内含子4个外显子组成。序列分析显示,BsLysG含有3个保守的催化位点Glu72,Asp85和Asp102及GLMQ基序(Gly97,Leu98,Met99 and Gln100),没有预测到信号肽,是一种胞内蛋白;BsLysC也包含两个保守的催化位点Glu52和Asp69;同时含有8个保守的Cys,形成4对二硫键。N端具有信号肽,为一种分泌蛋白。正常组织分布检测显示,BsLysG和BsLysC基因在检测的脑、皮肤、肌肉、鳃、头肾、脾脏、肝脏、外周血、心脏中均有分布,BsLysG和BsLysC基因均在脾脏中表达量最高,在副溶血弧菌和Poly(I:C)侵染下,BsLysG和BsLysC基因在肝脏、脾脏、外周血和头肾四个组织中的表达量均显著变化,但两种基因在组织中的免疫反应的时间和程度有一定的组织和时空差异性。纯化的重组BsLysG蛋白在35°C和pH 5.5下具有最佳活性;BsLysC蛋白在50°C和pH 6.0下具有最佳活性。4.中华乌塘鳢Hepcidin基因的克隆、mRNA表达及功能分析抗菌肽是许多物种(包括植物,无脊椎动物和脊椎动物)先天免疫系统的重要组成部分。它们在保护这些生物免遭微生物入侵方面起着重要作用。本研究克隆获得中华乌塘鳢Hepcidin基因CDS序列及基因组序列,其中BsHep基因开放阅读框包含273bp核苷酸,编码90个氨基酸;基因组总共含有507bp核苷酸,由3个外显子和2个内含子组成。结构预测显示,BsHep基因有信号肽24AA、前肽40AA和成熟肽26AA组成,成熟肽中包含8个保守的Cys,形成4对二硫键。正常组织分布检测显示,Hepcidin基因在检测的脑、皮肤、肌肉、鳃、头肾、脾脏、肝脏、外周血、心脏中均有分布,其在肝脏中表达量最高,在脾脏和外周血中次之。在副溶血弧菌和Poly(I:C)侵染下,Hepcidin基因在肝脏、脾脏、外周血和头肾四个组织中的表达量均显著上调。通过合成hepcidin多肽,分析结果表明它具有较强的的抗菌活性。
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