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酚氧化酶(phenoloxidase,EC.1.14.18.1,简称PO)广泛存在于动物、植物和微生物等生物体内,是昆虫体内的一种重要酶类,在昆虫变态发育和免疫系统中起着重要作用,如(1)参与表皮的硬化和黑化:(2)对卵壳的鞣化作用;(3)参与伤害防御:(4)加速伤口的愈合等。本文通过RT-PCR和RACE技术,克隆得到了编码小菜蛾(Plutella xylostella)酚氧化酶原的两个基因Prophenoloxidase1(PxPPO1)和Prophenoloxidase2(PxPPO2):并通过Semi-Quantitative RT-PCR和Quantitative Real-timePCR研究了PPO1和PPO2在小菜蛾不同发育时期的表达情况;同时使用两种典型的PO抑制剂-槲皮素和曲酸,对小菜蛾3龄幼虫进行了点滴处理,测定了处理后24h、48h和72h三个时间点PPO2的表达情况。研究结果如下:
1.PxPPO1全长cDNA序列有2838 bp,包含一个2049 bp的开放阅读框(ORF),一个144 bp的5’非编码区(5’UTR)和一个645 bp的带有加尾信号的3非编码区(3’UTR)。开放阅读框从第145个核苷酸开始,终止于第2193个核苷酸,由其推导的氨基酸序列以甲硫氨酸为起始氨基酸,长为682个氨基酸,分子量为78.56 kDa,估测等电点pI为6.43。PxPPO1的半衰期为30h,不稳定系数为42.01,化学分子式为C3468H5320N1000O1020S38。
2.PxPPO2全长cDNA序列有2546 bp,包含一个2091 bp的开放阅读框(ORF),一个80 bp的5’非编码区(5’UTR)和一个375 bp的带有加尾信号的3’非编码区(3’UTR)。开放阅读框从第81个核苷酸开始,终止于第2171个核苷酸,由其推导的氨基酸序列也以甲硫氨酸为起始氨基酸,长为696个氨基酸。PxPP02的分子量为79.86 kDa,估测等电点pI为6.44。PXPPO的体外半衰期为30h,不稳定系数为47.12,化学分子式为C3552H5459N1013O1046S24。
3.氨基酸序列比对分析结果表明,PxPPO1基因的氨基酸序列与其它鳞翅目昆虫PPO1基因具有较高的同源性(70.5%~74.6%):PxPPO2基因的氨基酸序列与其它鳞翅目昆虫PPO2基因也具有较高的同源性(72.2%~78.3%)。
4.PxPPO1和PxPPO2各均具有两个高度保守的铜离子结合位点,及位于铜离子结合位点内的6个保守的组氨酸残基,此外,还包含一个类似于脊椎动物的α-巨球蛋白的硫羟酸酯区域。PxPPO1与PxPPO2的N端均不含信号肽,不存在跨膜结构域。
5.PxPPO1中,α-螺旋占25.37%,随机卷曲占55.87%,它们是PxPPO1最大量的结构元件,延伸链占18.77%,散布在整个蛋白质中,无β转角存在;PxPPO2中,α-螺旋占24.57%,随机卷曲占58.91%,同样是最大量的结构元件,而延伸链占16.52%,散布在整个蛋白质中,无β转角存在。同源建模显示二者三级结构均为“α/β型”中的“滚筒结构”。
6.PxPPO1在成虫中的表达量最低,设定为1.0,其在卵和4龄幼虫中表达量最高,分别为21.78和19.51:在1龄幼虫中表达量为6.44;在2龄、3龄和蛹中分别为15.76、14.09和16.88,较为接近。PxPPO2在成虫中的表达量较低,设定为1.0,其在卵和4龄幼虫中表达量最高,分别为22.34.和19.20;在1龄幼虫中表达量为0.86;在2龄和3龄幼虫中分别为13.03和15.36。
7.在槲皮素和曲酸存在的条件下,PxPPO2的转录活性均得到不同程度的抑制。