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苜蓿丫纹夜蛾核多角体病毒(Autographa californica multiple nucleopolyhedrovirus,AcMNPV)开放阅读框18(ac18)是杆状病毒中一个较为保守但功能未知的基因。本文通过同源重组将ac18基因从AcMNPV基因组中缺失,研究了ac18基因缺失对病毒在离体培养细胞和虫体中增殖的影响,同时对ac18基因转录特征、Ac18蛋白的亚细胞定位等进行了研究。
ac18位于病毒基因组nt14,398-nt15,459,全长1,062bp,编码353个氨基酸,预计编码蛋白的分子量为40.865KDa。序列分析表明,Ac18所有的同源蛋白仅存在于大多数以鳞翅目昆虫为宿主的杆状病毒科核多角体病毒属中,氨基酸序列一致性介于21-99﹪之间。氨基酸序列结构域分析结果表明,Ac18中有一个类细胞周期蛋白结构域(cyclin-like domain),暗示其属于类细胞周期蛋白。细胞周期蛋白是真核细胞周期循环中的主要调控因子,其周期性积累与分解对细胞周期进程起重要调控作用。
AcMNPV感染草地贪夜蛾细胞(Sf-9)后2至96小时,RT-PCR法均可检测到ac18的转录本;5′-RACE分析结果表明ac18基因的转录起始位点(nt15,502)位于ATG上游47nt的杆状病毒非典型早期启动子模序CGTGC的第一个C,推测ac18基因是一个早期基因。
为了研究ac18在病毒侵染过程中的生物学功能,本研究利用ET-重组的方法在大肠杆菌DH10B细胞中将AcMNPV Bacmid基因组中的ac18基因片段敲除,构建了缺失ac18基因的重组病毒。利用位点特异性重组技术将ac18转座入 AcMNPV Bacmid的polyhedrin位点,构建了ac18基因补回型重组病毒。将经过转座带有绿色荧光蛋白基因(green fluorescence protein,gfp)和多角体基因(polh)的野生型病毒、ac18缺失型病毒和ac18补回型病毒分别转染Sf-9细胞后,对细胞上清中病毒滴度的检测表明三种病毒的复制增殖没有明显差异;用所产生的子代芽生型病毒(budded virus,BV)以相同侵染复数分别感染Sf-9细胞,病毒滴度测定分析表明三种病毒的生长曲线不存在明显差异。透射电镜观察结果表明,ac18缺失型病毒感染Sf-9细胞能产生与野生型病毒形态一致的芽生型病毒和包埋型病毒(occlusion-derived virus,,ODV)。以上研究结果表明,ac18是AcMNPV在Sf-9细胞中增殖的非必需基因。用等量的野生型病毒和ac18缺失型病毒Bacmid DNA共转染Sf-9细胞并进行无稀释传代,再用点杂交(Dot Blot)方法分析了1-7代细胞中两种病毒DNA含量,发现其所占比例无稳定变化趋势,表明ac18的有无不赋予病毒在Sf-9细胞中的任何生长优势。野生型病毒和ac18缺失型病毒对粉纹夜蛾(Trichoplusia,ni)三龄幼虫的生物测定发现,同野生型病毒相比,ac18缺失型病毒的半致死剂量(50﹪lethal dose,LD<,50>)没有显著差异,但半致死时间(50﹪lethal time,LT<,50>)却延长了22小时,说明ac18基因的缺失不影响病毒口服感染能力,但降低了杀虫速度,推测Ac18可能与病毒在粉纹夜蛾中的复制速度有关。
为了研究Ac18蛋白的亚细胞定位,我们构建了ac18基因启动子控制的表达Ac18与GFP融合蛋白的重组病毒vAc。通过检测vAc感染Sf-9细胞中绿色荧光的分布,示踪Ac18在感染细胞的位置变化。结果表明,在病毒感染后3小时,细胞质内即有融合蛋白出现,证明Ac18在病毒感染早期即开始表达;感染16小时后,Ac18定位于细胞核内紧贴核膜的环带结构处,暗示该基因功能同病毒DNA复制和核衣壳的装配无关,但是可能与ODV的形成或病毒晚期基因的调控相关。
ac18对病毒晚期基因复制的影响以及对病毒在不同宿主中增殖的作用还有待继续研究。