葡萄根瘤蚜谷胱甘肽S-转移酶(GSTs)基因的克隆、表达及功能分析

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葡萄根瘤蚜Daktulosphaira vitifoliae(Fitch)(半翅目:根瘤蚜科)是一种世界性分布的单食性害虫,只危害葡萄属植物,也是我国重要的植物检疫性有害生物之一,可对葡萄造成毁灭性危害。谷胱甘肽S-转移酶(GSTs)是好氧生物中一类重要的多功能酶,主要参与内源性和外源性化合物的解毒,还参与细胞内转运、激素生物合成和抗氧化应激保护。深入研究葡萄根瘤蚜体内GSTs基因的功能对于干扰其解毒过程的害虫治理手段具有深远意义。本文以葡萄根瘤蚜为研究对象,对其谷胱甘肽S-转移酶进行基因克隆获得了7个胞质型Dvi GSTs,并在此基础上进行了原核表达、蛋白纯化、重组蛋白的酶动力学参数测定、抗氧化能力检测以及农药对重组蛋白的离体抑制测定,主要研究结果如下:1、基因克隆:克隆获得了7个胞质型Dvi GSTs,分别为Dvi GSTd1、Dvi GSTd2、Dvi GSTt1、Dvi GSTo1、Dvi GSTs1、Dvi GSTs2和Dvi GSTs3,分属于四个不同的家族,即Delta、Theta、Omega和Sigma,经测序验证各基因的序列与NCBI中序列一致。7个GSTs基因开放阅读框长度范围为606-717 bp,编码201-238个氨基酸,分子质量为58.73-70.22 KD,理论等电点范围为5.15-5.23。2、原核表达及蛋白纯化:通过构建原核表达系统得到p ET28a(+)-Dvi GSTs重组表达质粒,后转入Rosetta gami 2(DE3)感受态细胞中成功构建表达菌。经IPTG诱导表达及Ni柱纯化,最终获得了7个25-40 k D大小的可溶性目的蛋白。3、Dvi GSTs的酶学特性分析:Dvi GSTs1的米氏常数Km最小,Dvi GSTt1的米氏常数Km最大;通过不同家族之间的对比发现,Delta家族中的Dvi GSTd1和Dvi GSTd2均表现出较强的活性,Vmax值最低的为Dvi GSTo1。4、Dvi GSTs的抗氧化性分析:检测7个Dvi GSTs的抗氧化活性仅发现Sigma家族中Dvi GSTs2和Dvi GSTs3具有抗氧化性,且Dvi GSTs3的抗氧化性高于Dvi GSTs2。5、Dvi GSTs的离体抑制分析:测定GSTs结构专性抑制剂及杀虫剂啶虫脒和氟虫腈对重组蛋白Dvi GSTs的活性抑制率。发现7个Dvi GSTs中仅有Dvi GSTd1、Dvi GSTd2、Dvi GSTs1的活性表现出能被药剂抑制。且杀虫剂啶虫脒和氟虫腈虽然对Dvi GSTd1、Dvi GSTd2、Dvi GSTs1表现出一定的抑制活性,但效果远不及GSTs结构专性抑制剂。本研究有助于了解GSTs保护细胞免受氧化损伤的过程以及解析GSTs对杀虫剂的解毒代谢过程,为研究葡萄根瘤蚜的抗药性提供了理论基础,更为开发干扰解毒过程的新型化合物从而对葡萄根瘤蚜进行化学防治策略提供了新的思路。
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