华北大黑鳃金龟几丁质脱乙酰酶HoCDA5的鉴定分析和功能研究

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几丁质降解酶系包括几丁质酶,β-N-乙酰己糖胺酶和几丁质脱乙酰酶(Chitin deacetylase,CDA),其中几丁质脱乙酰酶是昆虫生长发育中一种重要的代谢酶,在昆虫的生长发育中发挥着重要的作用。因此,它也是昆虫生物防治的靶标基因。华北大黑鳃金龟(Holotrichia oblita)的幼虫蛴螬是我国重要的地下害虫,对农作物、果树以及林木等可以造成重大经济损失,也是国内外公认的难以防治的害虫。  本研究以华北大黑鳃金龟幼虫蛴螬为对象,从三龄幼虫的中肠中分离得到几丁质脱乙酰酶基因hocda5。该基因开放阅读框(Open Reading Frame)为1140bp,编码379个氨基酸,预测蛋白分子量为42kDa,含有一个几丁质催化结构域,属于GroupⅤCDA。将hocda5基因的ORF与pET28a连接后转化大肠杆菌BL21(DE3),重组蛋白成功表达,分子量为42kDa。纯化HoCDA5蛋白,并制备了该蛋白特异性多克隆抗体。  本研究构建了hocda5的重组杆状病毒pFast-hocda5,并在Sf9昆虫细胞中成功表达hocda5基因的结构域,分子量为37kDa。几丁质结合实验表明该蛋白具有很强的结合活性。  利用荧光定量PCR和Western blot方法分析hocda5基因组织和结构定位,结果表明该基因主要分布在围食膜和中肠。HoCDA5蛋白也存在于排泄物中,与围食膜的新陈代谢相关。利用Western blot方法分析了HoCDA5蛋白在华北大黑鳃金龟卵期和一龄幼虫阶段的表达情况,结果表明此蛋白在卯期、初孵期和蜕皮前表达量都很低,而在整个取食期表达量较高也较为稳定。  通过饲喂含有Cry8Ea3蛋白的饲料,发现蛴螬摄入该蛋白后体内hocda5基因表达量呈现先降低后恢复的变化趋势。  在体外合成了两段hocda5基因特异的dsRNA,并感染了含有杆状病毒的Sf9细胞。结果显示:不同大小的dsRNA片段均可在侵染后72h沉默目的基因,但长片段dsRNA的沉默效率高于短片段dsRNA的沉默效率。这一结果为注射介导的RNAi实验提供了基础。成功构建了能够诱导表达hocda5基因的dsRNA的重组细菌,为通过饲喂重组细菌介导的RNAi实验提供用了实验材料。  本研究结果表明:华北大黑鳃金龟幼虫的hocda5只包含一个几丁质催化结构域,属于GroupⅤCDA,具有很强的几丁质结合活性;在中肠围食膜中特异表达,并且随着幼虫的进食而表达,在不进食或者少量进食期间该蛋白的表达量随之降低。本研究成功在昆虫细胞中将hocda5基因沉默,并且发现dsRNA片段的长度与沉默效率成正比。在HT115中成功表达了dsRNA片段,为后续的饲喂和注射实验提供了材料。
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