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中国明对虾(Fenneropenaeus chinens)是我国重要的海水养殖动物,但是近年来在其养殖过程中深受病害的影响,细菌性和病毒性疾病给对虾养殖业造成了巨大的经济损失,因此对中国明对虾免疫机理的研究对于对虾的疾病控制以及海水养殖业的可持续发展具有重要意义。甲壳动物只具有天然免疫系统,天然免疫系统对于异己物质的识别是通过有限数量的模式识别蛋白(PRPs)来实现的。C型凝集素(C-type lectin)作为宿主防御系统中的一种模式识别受体,在病原识别和细胞间的相互作用上具有重要作用,此外它们还参与止血、凝固、物质运输和创伤修复等一系列作用;酚氧化酶(phenoloxidase)又称为酪氨酸酶(tyrosinase,EC1.14.18.1)。它是一种含铜的酶,能够催化单酚羟化成二酚(如多巴),把二酚氧化成醌;醌在非酶促条件下形成最终的反应产物黑色素。酚氧化酶在脊椎动物和无脊椎动物中得到了广泛的研究,在无脊椎动物中参与免疫应答。血蓝蛋白(hemocyanins,HC)是在软体动物和节肢动物血淋巴中发现的存在于细胞外、负责运输氧的一类巨大蛋白质。很多研究表明,软体动物及节肢动物的血蓝蛋白与酚氧化酶(phenolxoidase,PO)虽然功能迥异,但在结构上均具有铜离子结合位点,且在特定的条件下,血蓝蛋白又能转化为酚氧化酶性质类似的酶,称为HDPO(hemoeynain-derived phenoloxidase),而表现出PO活性。本研究利用亲和层析从中国明对虾血清巾纯化了一种凝集素FC-L,并对FC-L的理化性质、多糖结合和细菌结合特性进行了研究;从中国明对虾血细胞中克隆了一种酚氧化酶原(prophenoloxidase,proPO)基因FCproPO,从肝胰腺中克隆了一种血蓝蛋白基因FCHC,分析了它们的分子结构特征,预测了其可能的作用,并对它们的组织分布、应答不同病原感染的表达变化模式以及相互关系等进行了研究。
利用胎球蛋白亲和层析,从中国明对虾血清中首次纯化了凝集素FC-L。FC-L能够使人的A、B、o型血细胞、小鼠血细胞及鸡血细胞凝集,它的生物活性依赖于Ca2+,对EDTA敏感。FC-L在还原状态下分子量为168KDa,对它的两个亚基的N端十五个氨基酸序列进行了测定。与多种糖类和糖蛋白的抑凝实验表明,FC-L对乙酰基糖类和富含乙酰基、唾液酸类物质的糖蛋白具有较强的结合特性。FC-L可以与多种鱼虾类致病菌相结合。它的最适pH为7-11,当温度超过75℃时,生物活性消失。这些结果表明,FC-L可能作为一种模式识别蛋白在识别和抵御外来微生物入侵时发挥作用。
利用3’和5’RACE技术从中国明对虾血细胞中克隆了一个酚氧化酶原基因FCproPO。FCproPO基因cDNA全长为2311bp,其中开放阅读框2061bp,编码687个氨基酸,预测分子量为78.71KDa。推测的序列与凡纳滨对虾(L.vannamei)同源性为84%,与日本囊对虾(M.aponicas)同源性为71%。Realtime-PCR实验结果表明,FCproPO在血细胞中的相对表达量最高,在心脏和精巢中几乎不表达。序列分析发现FCproPO含有两个保守的铜离子结合位点;进化分析发现FCproPO与斑节对虾、日本囊对虾、凡纳滨对虾等海水虾的酚氧化酶原亲缘关系最近。
利用SMART-RACE技术从中国明对虾肝胰腺中克隆了一个血蓝蛋白基因FCHC,FCHC基因cDNA全长为216lbp,其中开放阅读框2034bp,编码678个氨基酸,预测分子量为77.59KDa,含有15个氨基酸的信号肽序列。推测的序列与凡纳滨对虾(L.vannamei)同源性为82%,与日本囊对虾(M.japonicas)同源性为85%。Realtime-PCR实验结果表明,FCproPO在肝胰腺中的相对表达量最高,在心脏和表皮中相对表达量较低。序列分析发现FCHC含有两个保守的铜离子结合位点:进化分析发现HC与日本囊对虾、斑节对虾等海水虾的酚氧化酶原亲缘关系最近。
通过鳗弧菌(V.angzdllarum)和WSSV病毒刺激后,FCproPO和FCHC在肝胰腺中相对表达量的变化来研究它们的功能和相互关系。细菌的刺激都会导致这两个基因的表达在感染后6h出现最高值,随后又出现下调恢复至原有水平;病毒感染后,FCproPO和FCHC的表达变化情况相似,感染后6h出现最高值,随后又出现下调,到了感染的晚期(感染后24h和48h),随着病毒在体内大量复制,这两个基顺的表达都急剧下降至接近基因关闭的状态,这可能暗示着机体内稳定的免疫系统平衡状态可能已被破坏。这些结果表明,FCproPO和FCHC在中国明对虾的免疫应答过程中都起作用,它们mRNA表达量变化趋势基本上是一致的,初步推断它们的作用是相互协调的。但是FCHC对于细菌和病毒的刺激反应更强烈,这可能与血蓝蛋白在免疫应答中的多功能相对应。