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本研究采用RACE技术,克隆得到三角帆蚌(Hypriopsis cumingii)金属硫蛋白(Metallothionein,MT)基因、过氧化氢酶(Catalase,CAT)基因和铁蛋白(Ferritin,Fn)基因等3个功能基因的全长cDNA序列,并对这3个基因的cDNA序列和推导得到的氨基酸序列进行分析。同时,对这3个基因在三角帆蚌外套膜、血液、肝、肾、胃、肠、鳃、斧足等8个组织进行实时荧光定量PCR的表达研究。为研究这3个功能基因,还克隆得到内标β-肌动蛋白(β-actin)基因的全长cDNA序列以及进行cDNA序列和氨基酸序列的分析,并用半定量PCR检测其在以上8个组织的表达稳定性。主要研究结果如下:
1)三角帆蚌β-actin基因
β-actin的cDNA序列全长为1483bp,由长92bp的5’非翻译区(Untranslated Region,UTR),257bp的3UTR,和1134bp的开放阅读框(Open Reading Frame,ORF)组成。阅读框共编码377个氨基酸,推算的分子量约为41.9ku,理论等电点为5.3。三角帆蚌β-actin氨基酸序列中Met178,Ser305,Ser321,Pro325,Va1331,Pro346等6个氨基酸残基具有特异性,此外还发现3个特殊的氨基酸残基位点以及2个软体动物特有的氨基酸残基。三角帆蚌β-actin氨基酸序列与软体动物、节肢动物、脊椎动物的相似性高达98-99%。NJ法系统进化分析显示三角帆蚌首先与软体动物聚在一起,然后与节肢动物聚在一起,再依次与鱼类、两栖类、哺乳类聚在一起。RT-PCR显示β-actin基因在外套膜、血液、肝、肾、胃、肠、鳃、斧足共8个组织的表达基本一致,具有良好的稳定性。
1)三角帆蚌MT基因
MT基因的全长cDNA序列为467bp,由长92bp的5UTR,159bp的3UTR,和216bp的开放阅读框组成。共编码71个氨基酸,分子量大约为7.1ku,理论等电点为7.24。该蛋白序列中半胱氨酸(29.6%)含量最丰富,其次是甘氨酸(14.1%),存在软体动物MT的特征序列CKCXXXCXCX,且C-末端的氨基酸序列也符合软体动物MT标签序列C-X-C-X(3)-CT-G-X(3)-C-X-C-X(3)-C-X-C-K。蛋白序列特征分析表明,该序列与其他贝类的MT氨基酸具有很高的相似性,具备MT的典型特征,是MT家族的成员。
2)三角帆蚌CAT基因
CAT基因的cDNA序列全长为2804bp,由长112bp的5UTR,1303bp的3UTR,和1388bp的开放阅读框组成。阅读框共编码462个氨基酸,推算的分子量约为52.7ku,理论等电点为6.35。多序列比对结果显示有一段CAT氨基酸高度保守的催化位点序23FDRERIPERVVHAKGAG39,其中Asn24是软体动物特有的氨基酸残基(太平洋牡蛎(Crassostrea gigas)除外),太平洋牡蛎有特殊的氨基酸残基Gly38;有12个与还原型辅酶Ⅱ(NADPH)结合的氨基酸残基,分别是:Asp107、His153、Phe157、Ser160、Arg162、Asn172、Try174、Lys196、Va1261、Trp262、His264和Try317,其中第261位和第264位的氨基酸在不同物种间有所区别。比对结果得到三角帆蚌CAT氨基酸序列与软体动物的相似性高达99%,与虾类、鱼类、两栖类、哺乳类的相似性也达到98-99%,且预测为CAT3。NJ法系统进化分析显示三角帆蚌首先与软体动物聚在一起,再与虾类聚在一起,然后依次与鱼类、两栖类和哺乳类聚在一起。
3)三角帆蚌Fn基因
Fn基因的cDNA序列全长为834bp,由长114bp的5UTR,195bp的3UTR,和522bp的开放阅读框组成。阅读框共编码174个氨基酸,推算的分子量约为20.2ku,理论等电点为5.28。Fn基因cDNA的5’端有一段序列为铁调控元件“CTTTGCTGCGTCAGTGAACGTACGAGCA”。在氨基酸配体中,还发现了7个在所有软体动物中都具保守性亚铁氧化酶活性位点,它们分别是:Glu25,Tyr30,Glu59,Glu60,His63,Glu105和Gln139。BlastP检索显示与红鲍(Haliotis rufescens)、皱纹盘鲍(Haliotis discus discus)、紫贻贝(Mytilus galloprovincialis)、太平洋牡蛎、泥蚶(Tegillarca granosa)、缢蛏(Sinonovacula constricta)等软体动物的相似性均在95%以上,与栉孔扇贝(Chlamys farreri)的相似性较低,为89%。系统进化树结果显示可分为两大支:鲍类与扇贝类聚在一起,再与泥蚶为一支;三角帆蚌先与缢蛏聚在一起,再与贻贝、牡蛎聚在一起。
4)荧光定量
MT基因、CAT基因及Fn基因在三角帆蚌的外套膜、血液、肝、肾、胃、肠、鳃、斧足共8个组织均有表达。在嗜水气单胞菌的诱导下,实时荧光定量PCR结果显示:MT基因在血液、肝、肠中的表达量显著高于其他器官,在24h后在大部分组织的表达基本呈下降趋势;CAT基因在肾中的表达量极低,且在各组织表达受抑制较明显;Fn基因在血液中的表达尤为显著,在大部分组织中的表达于24h后呈下降趋势。