I84蛋白酶抑制因子家族在几种贝类中的鉴定及功能初步研究

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蛋白酶抑制因子是广泛存在于所有生物中的蛋白质或小分子多肽,在许多生命过程中发挥作用。MEROPS数据库中的I84蛋白酶抑制因子家族是一个新的蛋白酶抑制因子家族,在美洲牡蛎(Crassostrea virginica)和缢蛏(Sinonovacula constricta)中有报道,被认为在相关物种的宿主防御中发挥作用。然而,该蛋白酶抑制因子家族的物种分布迄今尚无系统性研究。本研究利用BLAST程序在主要动物门的代表物种基因组中鉴定I84家族同源序列,发现非软体动物门物种中个别序列片段虽然显示与I84家族一定的相似性,但相应分子不具备该家族分子的典型生化特征,提示I84家族可能仅分布于软体动物门。对海湾扇贝(Aropecten irradians)、欧洲扇贝(Pecten maximus)、长牡蛎(C.gigas)、美洲牡蛎(C.virginica)、缢蛏(S.constricta)和泥蚶(Tegillarca granosa)等6个双壳纲海洋贝类基因组进行的筛查,共得到100个同源基因序列。针对这些序列进行基因结构和系统发育分析,检测到4个富半胱氨酸残基的蛋白基序,它们有规律地分布在相应物种的4-5条染色体上,而利用贝叶斯算法构建的系统进化树上这些基因不按照物种分离,提示I84家族祖先基因在上述各物种分化前就已存在。转录组数据分析发现,太平洋牡蛎和泥蚶的幼体发育阶段各I84家族基因呈现两种不同的表达模式,且泥蚶成体肝胰腺中同源基因表达量两两之间存在很强的相关性。最后利用RACE技术,从文蛤(Meretrix meretrix)、地中海贻贝(Mytilus galloprovincialis)和皱纹盘鲍(Haliotis discus hannai)中克隆得到7个I84家族的新成员,并测得各物种血浆低分子量组分具有丝氨酸蛋白酶抑制活性,证实了有活性的I84家族成员在相应物种中存在。荧光定量检测显示,急性盐度刺激后相关基因表达量均上调,表明相关基因是宿主响应环境因子变化以维持机体稳态机制策略中的一环。同时,病原模式分子刺激后基因表达也发生反应性上调,提示相关基因可能在针对病原微生物的免疫反应中发挥作用,从而为该家族成员参与相关动物的自我防御机制提供了证据。另外,盐度刺激对贻贝中相关基因表达的上调作用似乎比对文蛤的作用更加显著,提示不同习性软体动物之间应激响应机制可能存在差异。而文蛤中仅一个同源基因表达量在刺激后出现具有统计学意义的差异,旁系同源基因之间表达模式不同。因此,I84蛋白酶抑制因子家族可能是软体动物特有的蛋白家族,在软体动物的宿主防御中发挥独特作用,并且旁系同源基因之间很有可能发生了一定程度的功能分化。本研究首次在双壳类动物基因组水平和腹足纲贝类中鉴定I84家族,为后续的功能研究提供参考和依据。
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