中华蜜蜂AChE基因克隆、表达及其在农药残留检测中应用

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食品中的农药残留超标是影响食品安全的重大问题,目前用于农药残留检测工作的主要方法之一是酶抑制法,主要用来检测蔬菜水果中的有机磷和氨基甲酰酯类农药残留。  乙酰胆碱酯酶(Acetyl cholinesterase,AChE,EC3.1.1.7)可用于有机磷农药残留的检测,它是分布于脊椎动物胆碱神经节和无脊椎动物神经肌肉接头处的重要的水解酶,能特异性催化生物体内的乙酰胆碱进行水解反应,从而终止神经递质对突触后膜的兴奋,保证神经信号在生物体内的正常传递。而有机磷和氨基甲酰酯类是 AChE的抑制剂,能特异性抑制 AChE的活性,使乙酰胆碱不能水解,累积于突触间隙从而对人体造成危害。  中华蜜蜂(Apis cerana cerana)是我国独有的蜜蜂当家品种,蜜蜂对农药的敏感性很高,经常被作为生物指标来检测环境中存在的农药污染类型,而中华蜜蜂来源的AChE基因尚未被克隆及应用于食品安全监测。  本实验以中华蜜蜂头部组织总 RNA为模板,经末端克隆(RACE)法获得了AChEcDNA全序列,全长约2,455 bp,开放阅读框长1,887bp,共编码629氨基酸,生物信息学分析表明该片段与GenBank中查到的中华蜜蜂AChE2部分基因序列片段同源对比相似性达到99%,与意大利蜜蜂(Apis mellifera)AChE2的相似性达到了95%。  在得到中华蜜蜂AChE cDNA全长的基础上,构建了一系列重组表达载体,先后在大肠杆菌及毕赤酵母中诱导表达中华蜜蜂AChE,从中筛选出一株表达效果及酶活性水平较高的菌株。首先构建了pET-28a-pelB-AChE重组表达质粒在大肠杆菌BL21(DE3)中使用0.1mM IPTG诱导表达,目的蛋白得到成功表达。使用毕赤酵母表达载体构建了多种重组表达载体,采用不同的酶切位点线性化质粒,经电转化法将目的基因表达盒整合入毕赤酵母 GS115基因组上,在 MD平板、G418抗性筛选及PCR验证后,经相同条件,使用0.5%甲醇诱导表达目的蛋白,经SDS-PAGE、蛋白含量及酶活性分析表明,含pPIC3.5K-OAC表达盒的毕赤酵母重组表达菌株的表达效果及酶活性水平均较好,该重组菌株编码522氨基酸,预期目的蛋白大小为57 KDa,其目的基因表达盒使用SalⅠ酶切线性化后转入GS115。实验中发现,经诱导表达120 h时,其表达量及酶活性最高,提取酵母胞内总蛋白,使用His-Taq纯化试剂盒纯化透析后,可以获得纯净的重组中华蜜蜂AChE,其比活力可高达10,568 U/mg。与市场上现有销售的农药残留试剂盒中的酶液比较,其对1×10-7 mol/L氯吡硫磷的抑制率是79%,而相同条件下测定得到的试剂盒中 AChE的抑制率为75%,可以看出氯吡硫磷对本实验纯化得到的中华蜜蜂 AChE与农药残检测试剂盒中酶的抑制效果相当,可以用于农药残留检测工作之中。
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