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羧酸酯酶是一类可以水解多种酯类化合物的多功能酶,广泛分布于生物界,在生物体内起着十分重要的作用。根据底物特异性及序列相似性,可将其分为α-酯酶,β-酯酶,乙酰胆碱酯酶,保幼激素酯酶,胶质接触蛋白,神经趋化蛋白,神经连接蛋白和Glutactin等8个亚家族。羧酸酯酶家族在生物体内的功能高度分化,在外源物质解毒,信息素降解,神经/发育调控过程中都有十分重要的作用。过去的研究多以果蝇,蚊子等为模式生物,探讨其在杀虫剂解毒代谢中的作用与功能。
研究发现,昆虫成虫触角羧酸酯酶有降解酯类信息素以维持嗅觉系统灵敏性的功能。新近研究表明,触角中的羧酸酯酶也有降解寄主植物酯类挥发性代谢物质的作用,拓展了我们对触角酯酶功能的认识,暗示昆虫嗅觉系统羧酸酯酶不仅能终止酯类物质信号,也可能在嗅觉系统正常生理功能的维系中起重要作用。
以往对鳞翅目昆虫触角酯酶的研究多集中于成虫触角酯酶对挥发性气味物质的降解,对幼虫触角酯酶的研究鲜有报道。为此,本文以家蚕为实验材料,选取家蚕幼虫嗅觉系统表达的酯酶Bmae33进行了分析。主要结果如下:
1.Bmae33基因去除信号肽序列后,设计添加限制性酶切位点的引物,对该基因进行克隆,获得了长为1605bp的片段。
2.Bmae33与其他昆虫触角酯酶或气味物质降解酯酶的多序列比对发现这些蛋白都具有羧酸酯酶活性必须的三个氨基酸残基Ser,His和Glu,同时也包含α/β羧酸酯酶的特征性基序G1y-x-Ser-x-Gly,利用Raswin对该蛋白三级结构进行观察,发现这三个氨基酸残基聚在一起,构成催化三联体。另外,系统发生树分析显示,家蚕Bmae33与多音天蚕气味物质降解酯酶 Apol-ODE及海灰翅夜蛾触角酯酶Slit-EST可能为直系同源基因。
3.RT-PCR分析表明:Bmae33基因在五龄三天家蚕幼虫的头、体壁和脂肪体等组织高表达,暗示该基因可能与外源物质解毒和气味物质降解相关。另外,利用有机磷杀虫剂辛硫磷熏蒸处理后发现,幼虫头及成虫触角中Bmae33基因表达上调,暗示该酶对辛硫磷有降解作用。
4.将所得Bmae33基因片段分别与原核表达载体pET-28a(+)及真核表达载体pPIC9K连接,构建原核表达载体Bmae33/pET-28a(+)与真核表达载体Bmae33/pPIC9K,将测序正确的重组质粒分别转入大肠杆菌BL21(DE3)菌株及毕赤酵母X-33菌株中,分别用IPTG与甲醇进行诱导表达。诱导产物SDS-PAGE检测发现Bmae33在大肠杆菌中以包涵体形式表达,用带His标签的镍离子亲和层析柱进行纯化,Western blotting鉴定蛋白纯化情况,并用纯化的蛋白免疫小鼠制备了多克隆抗体。
5.为了获得有活性的蛋白,对Bmae33基因的序列进行密码子优化,利用重叠延伸PCR技术克隆优化基因,并构建毕赤酵母重组表达载体。
本文对家蚕幼虫嗅觉系统羧酸酯酶Bmae33进行了一系列研究,成功制备了多克隆抗体;另外,为得到有活性的蛋白,对Bmae33基因进行了序列优化,并成功构建了真核表达载体。研究结果为后续的免疫组化、活性测定以及功能研究等打下了基础,从而,为昆虫羧酸酯酶功能的深入研究提供了依据。