家蚕微孢子虫(Nosema bombycis)功能基因组研究——家蚕微孢子虫信号序列受体(Signal sequence receptor)的鉴定

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微孢子虫(Microsporidia)是专性细胞内寄生的单细胞真核微生物,在自然界中广泛存在,几乎能寄生包括人在内的所有脊椎动物和无脊椎动物。在漫长的进化过程中,微孢子虫形成了很强的寄生适应性,它能很好依靠宿主细胞的营养物质完成自身的新陈代谢和各项生命活动。家蚕微孢子虫(Nosema bombycis)是首个被分离鉴定的微孢子虫,能够寄生家蚕从而引起家蚕微粒子病(Pébrine),是世界各国养蚕业的重大威胁,曾给欧洲养蚕业造成沉重的打击,至今为止仍是世界养蚕国家的唯一法定检疫对象。虽然微孢子虫属于真核生物,但是其基因组高度缩减,具有很多原核生物基因组的特征。我们通过对几种微孢子虫的基因组进行了比对分析,在核苷酸水平和蛋白水平鉴定了微孢子虫信号序列受体基因(Signal sequence receptor,ssr),并通过3’RACE PCR的方法分析了Nbssr的多聚腺苷酸化位点(Polyadenylation sites,PAS),进一步确定了Nbssr在家蚕微孢子虫细胞内的表达情况,主要研究结果如下:1、家蚕微孢子虫ssr基因的序列特征分析通过对多种微孢子虫基因组进行共线性分析,我们发现N.bombycis第32号Scaffold上存在一个独有的基因NBO32g0035,并且该片段和其基因座位相邻的基因Nbssr共用了一个碱基—腺苷酸(A)。通过在NCBI中进行序列比对,发现NBO32g0035和Nbssr分别与数据库中柑橘凤蝶同一个基因(序列号:LOC106127269)的上下游序列几乎完全一样。将二者的序列在家蚕微孢子虫全基因组测序Reads数据库中进行比对,发现只有两个Reads经过该区域,一种情况显示二者共用一个碱基(A),即这两段基因编码两个蛋白;另一个Reads表明这两个基因片段之间共用的腺苷酸并不存在,Nbssr不存在终止密码子,导致这―两个基因‖实则是一个通读的开放阅读框。为了确定在基因组上二者之间的关系,我们截取了一段经过二者基因间区的片段进行了重测序分析,结果显示,这两个基因片段之间不存在终止密码子,和第二种Reads的情况完全一样。初步说明了Nbssr和NBO32g0035同属于一个开放阅读框,大小为2229bp(742Aa),其编码的蛋白仅在N端存在一个hpc2(Histone promoter control 2)的结构域。因此,从序列上看,原来基因组中注释的蛋白Nb SSR仅为Nb SSR的N端一部分,命名为Nb SSR-N;NBO32g0035为Nb SSR的C端部分,命名为Nb SSR-C。基于序列分析发现,ssr在微孢子虫中其大小和行使的功能都相对保守,除了我们研究的Nbssr基因长度为2229bp(742Aa)外,其余多种微孢子虫ssr基因长度只有990bp(330Aa)左右,而且也含有一个hpc2结构域,在细胞周期的S期起着组蛋白分子伴侣的作用。2、Nbssr的分段表达及其亚细胞定位分析基于本实验室前期制备的NBSSR-C的多克隆抗体通过IFA检测发现,NBSSR-C定位于未成熟孢子的核膜上。为了在蛋白水平验证Nb SSR-N和NBSSR-C之间的关系,我们将Nb SSR-N进行了原核表达,获得了重组蛋白,并制备了其多克隆抗体,通过免疫荧光双标实验证实了Nb SSR-N和Nb SSR-C均定位于核膜上,且二者能进行共定位。说明在未成熟孢子中,Nb SSR-N和Nb SSR-C均能有效地表达,且表达特征一致,初步表明了Nbssr-N和Nbssr-C各属于Nbssr(2229bp)的一部分。但蛋白印记发现,Nb SSR-N的多抗仅识别出28KDa的蛋白条带,而Nb SSR-C的多抗既能识别28KDa的蛋白条带,也能识别60KDa左右的蛋白条带。这又为成熟的Nb SSR蛋白分子量为多少带来了新的疑问。3、Nbssr的多聚腺苷酸化分析信号序列受体(ssr)作为一个保守的基因,相较于其他几种微孢子虫,家蚕微孢子虫Nbssr大小几乎是其它几种微孢子虫的的两倍多。文献分析表明,ssr在细胞内转录后加工存在非经典的剪切(Non-canonical splicing),从而可形成多种蛋白来行使生物学功能。为此,我们根据Nbssr的序列设计了多条不同的5’特异性引物,通过3’RACE PCR确定了ssr存在两个PAS。分别位于Nbssr下游951bp和1166bp位置。估算其编码的蛋白分子量分别37kDa和45kDa。综上,本研究表明,家蚕微孢子虫Nbssr基因长度为2229bp,但其存在非经典的剪切,可产生两条m RNA,大小分别为951bp和1166bp;定位分析表明Nb SSR-N、Nb SSR-C定位于细胞核内,与已报道的SSR蛋白一样,发挥分子伴侣的角色。Nb SSR-N可作为微孢子虫核膜定位的分子标记。
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