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家蚕30K蛋白是由其脂肪体合成的非雌特异性脂蛋白。它们是家蚕生长发育过程中主要储藏蛋白之一。对雌性家蚕,30K蛋白还是卵黄原蛋白的重要组成部分。目前,除了烟青虫的微卵黄蛋白原与该类蛋白比较相似外,其它的鳞翅目昆虫还未见报道。30K蛋白在家蚕体内表达量非常的高,它在家蚕卵黄原蛋白中的比例甚至可以占35﹪左右。由于其表达量很高,并且具有很多的种类,它对家蚕可能起着非常重要的生理作用,但具体功能研究的报道较少。家蚕基因组完成以后,为了探索30K蛋白的生理功能,我们在全基因组水平上分析了30K蛋白基因家族的构成情况,并利用基因组数据和双向电泳等方法对该类蛋白做了进一步的探索。
对家蚕全基因组进行生物信息学分析,发现家蚕共有10个30K蛋白基因,这些基因编码的蛋白质氮基酸数目在246~271个之间,理论等电点在6.1~8.4之间,分子量在28~31kD之间,它们的氨基酸序列同源性在60﹪以上。目前报道的30K蛋白基因组序列只有3条,由于发现了新的基因,故我们对10个基因重新命名;由于该类蛋白是属于低分子量脂蛋白(LP)家族,所以根据它们与报道的30K蛋白的相似度由高到低命名为Bmlp1~Bmlp10。
分析EST数据,发现每个基因所比对上的EST序列条数差异很大,Bmlp1、Bmlp2、Bmlp3、Bmlp7、Bmlp9的EST数目都在200条以上,其他基因的EST数目比较少,而Bmlp10的EST只有一条,Bmlp5没有EST。这表明它们的表达量可能存在差异。
对这些基因编码的氨基酸序列分析发现,它们的编码序列都位于一个外显子上,并且每一个编码氨基酸序列都含有一个信号肽序列。除Bmlp1、Bmlp8和Bmlp9三个基因之外,其他7个基因都含有30kP蛋白酶A的降解位点。这些不同的位点可能导致它们具有不同的降解产物和功能。聚类分析发现,所有的30K蛋自可以分成3类,这可能与它们的进化有非常紧密的关系。对其基因组结构分析,结果显示这些甚因的上游调控序列都有一个启动子,这些启动子呈现典型TATA结构特征。对其潜在的调控元件分析发现,每一个基因都含有一个以上的SP1和GATA-1基序,Bmlp1、Bmlp4、Bmlp7、Bmlp8和Bmlp10都含有NF-κB基序,而Bmlp2、Bmlp4、Bmlp5、Bmlp8和Bmlp10都含有Oct-1基序。这些调控元件可能调控相应30K蛋白基因的特异性表达。对Bmlp5的分析发现,该基因的启动子部分插入了一个转座子的转座酶基因。
通过RT-PCR检测10个30K蛋白基因在脂肪体的表达发现,除Bmlp5和Bmlp10没有表达,其余8个基因都有表达。这8个基因的表达起始和持续时间都不同。根据聚类分析,这8个基因分化为4个组,而分析它们的上游调控元件,发现这4个组中含有NF-kB调控元件的基因开始表达的时间要比没有该因子的基因要晚,推测可能该元件具有延迟基因表达时间的功能。而对两个没有检测到表达的基因的结构分析发现,Bmlp5和Bmlp10基因与Bmlp6基因都同样位于同一条scaffold上,同时Bmlp5的启动子部分插入的转座酶基因可能是导致该基因不表达的主要原因。这些基因非常的相似,可能来源于共同的祖先。分析它们的进化关系,发现这些基因在早期分化成3类,其中两类的基因在后来的进化中演化出更多的种类,这可能与它们的功能分化密不可分。
对不同家蚕品种的血液进行SDS-PAGE电泳和银染后,分析30K蛋白图谱发现,除C108品种具有5条蛋白质条带之外,其余调查品种都主要表现出4条蛋白条带。每一种30K蛋白在不同品种之间表达起始时期不完全一样,并且表达周期也不一样长,这可能与品种的差异具有很大的关系。
将血液蛋白进行双向电泳分析发现,30K蛋白部分能得到比较清晰的蛋白图谱,5龄6天和化蛹3天的蛋白点具有一定差异。选择电泳图谱比较清晰的化蛹3天的结果进行标记,并用质谱鉴定。
利用家蚕基因组数据,并用GPMAW软件建立编码氨基酸的胰蛋白酶酶解数据库,通过检索发现,这些标记的点中,有14个蛋白点是家蚕30K蛋白。这些蛋白点的肽段匹配都在4个以上,它们的覆盖率都在20﹪以上,但是有的蛋白点的质量指纹图谱可以匹配上两个蛋白,并且具有的相同多肽段也不超过3个,两个匹配的蛋白之间不相同的多肽在4个以上,因此很可能一个蛋白点内包含有两个蛋白。14个匹配的30K蛋白点能匹配上的基因为5个,还有3个在mRNA水平有表达的基因没有检测到。对这5个基因而言,有的对应了几个蛋白点,这可能是由于蛋白质修饰而产生等电点的变化形成的。其中有3个基因没有检测到,可能是由于表达量比较低或者质谱检测的时候信号太弱而被屏蔽。综上所述,家蚕30K蛋白不仅成员多,每一个蛋白之间的相似性也很高,编码它们的基因也可能具有共同的起源。30K蛋白基因之间,主要的变化包括蛋白质编码区域和调控区域,前者导致如蛋白酶水解位点的不同,后者可能导致各个基因具有独特的表达模式。因此,家蚕30K蛋白基因在进化过程中伴随了功能的分化。我们相信,其高表达量、多成员、和已经报道的脂蛋白运输、抑制细胞凋亡等,是其证据的一部分。30K蛋白对之于家蚕,是值得进一步深入探讨的重要蛋白质。通过对该群基因的研究,特别是对各种30K蛋白分别具有什么样的生理功能和生理机能的探讨,通过对该群基因的研究,将对今后研究其它基因的调控,功能分化等能提供很好的模式。