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本研究以我国重要的淡水养殖鱼类草鱼(Ctenopharyngodon idellus)为实验材料,采用RACE-PCR、分子克隆及实时荧光定量PCR等技术,对MHCⅡ B和组织蛋白酶D(cathepsin D)基因进行了克隆分离、多态性分析和表达与功能检测等。主要研究结果如下:
获得了950bp长度的草鱼MHCⅡ B基因的cDNA全长序列,其包含21bp的5UTR、753bp的CDS和176bp的3UTR区。753bp的开放阅读框编码由250个氨基酸残基组成的蛋白质。草鱼MHCⅡ B蛋白质包含4个结构域:1个信号肽序列、1个多肽结合域(beta域)、1个IGC结构域、1个跨膜结构域(Tm/Cyt)。蛋白质分子质量为28.70 kDa,理论等电点(PI)为5.41。草鱼MHCⅡ B蛋白在多肽结合区包含1个N-糖基化位点(N-X-S/T)。MHCⅡ B蛋白质包含3个酪蛋白激酶Ⅱ磷酸化位点(S/T-X-X-D/E)、6个蛋白激酶C磷酸化位点(S/TR/K)。同时,在多肽结合区也存在四个在不同物种间保守的半胱氨酸残基,其作用可能是形成两个二硫键。获得了草鱼MHCⅡ B基因组DNA序列,其全长为2207 bp,通过对比草鱼MHCⅡ B全长基因组DNA和全长cDNA序列,发现草鱼MHCⅡ B基因组结构与大西洋鲑和长吻鮠一样都包含6个外显子区和5个内含子区。
获得了草鱼Cathepsin D基因的全长cDNA序列,提交GenBank获得登录号JX255676。Cathepsin D基因cDNA全长1647 bp,包含56bp5非翻译区(5-UTR)、1197 bp开放阅读框、394 bp3非翻译区(3-UTR)。1197bp的开放阅读区编码398个氨基酸残基,包含18aa的信号肽和43aa的前导肽,信号肽和前导肽移除后形成为包含337aa的成熟蛋白质。Cathepsin D前体蛋白分子量为43.1KDa,理论等电点为5.67;成熟的蛋白质分子量为36.4KDa,理论等电点为5.06。成熟蛋白质不稳定指数(instability index(Ⅱ))为35.24,是一种稳定蛋白质;共含有32个负性氨基酸残基(Asp+Glu),24个带正电荷的氨基酸残基(Arg+Lys),其总平均疏水指数(Grand average of hydropathicity(GRAVY))为-0.02,属于亲水蛋白。Cathepsin D蛋白在131aa位点含有1个N-糖基化位点(N-X-S/T)。
从7尾草鱼分别得到了2、2、1、3、2、2、2个不同的MHCⅡ B核苷酸序列,共获得了6个不同的核苷酸序列,分别编码6个不同的氨基酸序列,将其分别命名为Ctid-DAB*0101、Ctid-DAB*0102和Ctid-DAB*0103。在MHCⅡ B基因的beta-1结构域PBR区,存在丰富的多态性,其中非同义突变和同义突变的比值为2.3,具有显著的正向选择特征。
在草鱼胚胎发育的不同时期(卵裂期、囊胚期、原肠胚期、体节期、心跳期、孵化期和幼鱼期),MHCⅡ B基因的mRNA表达量有显著的变化(P<0.05)。胚胎发育初期MHCⅡ B基因mRNA表达水平较高,随后,表达量显著下调,并低水平表达,一直持续到心跳期,在孵化期表达量上调并保持在较高的表达水平。MHCⅡ B基因的mRNA在健康草鱼检测的10个组织中均有不同程度的表达,以头肾中的表达量最高,其次依次是脾脏、鳃、肠和脑,在心脏、鳍等其他组织中的表达量较低。Cathepsin D基因的mRNA在卵裂期表达量高,在囊胚期表达量降低,并且保持较低的水平,直到体节期,在心跳期表达量有显著的提高,并且在孵化期和幼鱼期表达水平持续升高。总的来说,在草鱼胚胎发育过程中Cathepsin D基因mRNA表达量呈现逐渐上升的趋势。草鱼Cathepsin D基因mRNA在健康成鱼不同组织内表达水平差异显著(P<0.05),在性腺和肝脏中的含量最高,脑和鳍组织中表达量最低,性腺和肝脏相对表达量分别是鳍组织的26.58倍和24.95倍。肌肉组织表达量约为鳍的16倍,肠和脾脏是鳍的12倍。
在实验室条件下,对草鱼进行人工感染嗜水气单胞菌后,其头肾、脾脏、肠和肝脏组织中,MHCⅡB基因的mRNA表达水平在PBS注射后的12h时均有小幅度的上调现象;Cathepsin D基因的mRNA表达量在肝脏和头肾组织中,PBS注射组和未注射组相比,其表达量差异不显著(P>0.05);但是,在脾脏和肠中的差异显著(P<0.05)。在感染了嗜水气单胞菌的7d内,草鱼MHCⅡ B和Cathepsin D基因的mRNA表达水平均表现出了显著的变化,提示,MHCⅡ B和Cathepsin D基因作为重要的免疫因子,在机体清除病原的免疫反应中发挥着重要作用。