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中华蜜蜂α-葡萄糖苷酶基因片段的克隆与序列分析

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维普资讯 http://www.cqvip.com 江苏农业科学2008年第4期 中华蜜蜂 一葡萄糖苷酶基因片段的克隆与序列分析 樊少华 ,张子峰 ,陆 军 ,吴冬梅 ,单群 ,胡 斌 ,郑元林 ,缪晓青 (1.徐州师范大学生命科学学院,江苏徐州221116;2.江苏省药用植物生物技术重点实验室,江苏徐州221116; 3.东南大学基础医学院,江苏南京210000;4.福建农林大学蜂疗研究所,福建福州350002) 摘要:以意大利蜜蜂od一葡萄糖苷酶基因(GenBank登录号NM_001040259)的保守区设计引物,从中华蜜蜂 ( cerana cerana)工蜂中提取总RNA,逆转录成cDNA,进行RT—PCR,将扩增产物克隆到pGEM—T easy载体 上,导肠杆菌JM109,阳性克隆经双酶切鉴定后测序,将测序得到的中华蜜蜂 一葡萄糖苷酶(alpha—glucosi— dase)基因与已知的意大利蜜蜂核苷酸序列比较,同源性为91.31%。氨基酸序列与意大利蜜蜂、黑腹果蝇、埃及 斑蚊、冈比亚按蚊、印度蜜蜂、小蜜蜂、非洲爪蟾、日本蜜蜂、赤拟谷盗、尖音库蚊的同源性分别为90.83%、 48.11%、47.28%、45.74%、42.25%、41.21%、38.10%、37.93%、35.56%、33.88%。首次从中华蜜蜂工蜂中成功 扩增到长度为745 bp、编码 一葡萄糖苷酶(alpha—glucosidase)的基因片段(已提交GenBank,登录号为 EF638842)。 关键词:中华蜜蜂; 一葡萄糖苷酶;基因克隆;序列分析 中图分类号:Q523 文献标志码:A 文章编号:1002—1392(2008)04—0067—03 一天然淀粉是由两种不同的葡萄糖聚合物组成, 种是直链淀粉,另一种是支链淀粉。O/一淀粉酶 cerana,简称中蜂)的 一葡萄糖苷酶研究尚未见报 道。本研究首次对中蜂 一葡萄糖苷酶基因进行克 隆、序列分析,以期为进一步研究中华蜜蜂分子生物 学奠定基础。 (EC 3.2.1.1)能够切开淀粉链的O/一1,4糖苷键, 将淀粉水解成单糖、低聚糖和糊精等长短不一的水 解产物¨J。在哺乳动物中,淀粉水解的单糖可以自 由通过肠壁上皮细胞,而淀粉的其他水解产物不能 被肠壁直接吸收,必须由粘膜二糖酶水解成单糖后 1材料与方法 1.1供试材料与试剂 才能被吸收利用,二糖酶是按照酶作用底物而命名 的一类消化酶,它包括OL一葡萄糖苷酶、OL一葡糖水 解酶等。OL一葡萄糖苷酶(OL—glucosidase,EC 3.2. 1.20)又名麦芽糖酶、葡糖转化酶或葡糖甘蔗糖酶, 中华蜜蜂工蜂从福建农林大学蜂疗研究所中华 蜜蜂试验养蜂场采集;菌株JM109由本实验室保 存;M—MLV逆转录酶、T4连接酶、pGEM—T easy vector及Plus SV Minipres DNA Puriifcation System为 它在淀粉水解的最后步骤中起着重要作用,它可通 过水解Ol一1,4糖苷键从多糖的非还原端水解出D 一Promega产品;QIAquick Gel Extraction Kit为QIA— GEN产品。 1.2 方法 葡萄糖 J。从某些微生物、植物、动物中已经分 离纯化出OL一葡萄糖苷酶,并已测定出基本结 构 J。目前有关蜜蜂Ol一葡萄糖苷酶的研究仅限 1.2.1 PCR引物设计 从GenBank数据库获得 多个O/一葡萄糖苷酶基因,通过BIOEDIT寻找保守 区,再利用Primer Premier 5.0软件,设计多对引物, 其中有1对引物获得了有效扩增,其上游引物序列 P1为:5 一CCGAATGGGAGCG ITACCAA一3 。下游 弓I物序歹U P2为:5 一TAAACAATCATC ITCCATC— 于意大利蜜蜂(却 mellfiera,简称意蜂)、印度蜜蜂 (却 cerana indica)、日本蜜蜂(和 ceranajaponica) 和小蜜蜂(却 florea),有关中华蜜蜂(却 cerana 收稿日期:2008一Ol一29 基金项目:江苏省属高校自然科学重大基础研究项目(编号:2007); 徐州师范大学重点科研基金(编号:06XLA12)。 GAT一3 ,引物由上海生工生物工程技术服务有限 公司(Sangon)合成。 1.2.2蜜蜂总RNA提取1.2.3 目的基因的扩增将中华蜜蜂活体工蜂进 用M—MLV逆转录酶体 作者简介:樊少华(1977一),男,河北沧州人,硕士,讲师,研究方向 为酶学。E—mail:fshfly@xznu.edu.cn。 通讯作者:郑元林,博士,教授,研究方向为药理学。Tel:(0516) 83500348:E—mail:ylzheng@xznu.edu.cn。 行冰浴匀浆,用Trizol一步法抽提总RNA。 系,将中华蜜蜂工蜂总RNA反转录成cDNA,然后 维普资讯 http://www.cqvip.com 江苏农业科学2008年第4期 进行RT—PCR扩增,5O l反应体系中含有dNTPs 各200 p ̄mol/L,上下游引物各10 pmol,Taq酶 (TaKaRa公司)1.25 U,模板2 txl,ddH,O补足体积。 按2步PCR程序进行PCR扩增,具体程序如下:95 ℃预变性3 rain;94℃30 s,46℃1 rain,72℃1.5 arin,3个循环;94℃30 s,48℃1 min,72℃1.5 min,2个循环;94℃30 s,50℃1 rain,72℃1.5 min,15个循环;94℃30 s,52℃1 min,72℃1.5 arin,15个循环;循环结束后72℃延伸10 rain。最 后进入4℃状态,扩增产物用1%琼脂糖凝胶电泳 进行鉴定。 1.2.4 RT—PCR产物的克隆及测序 RT—PCR 扩增产物经QIAquick Gel Extraction Kit纯化后,与 pGEM—T easy vector连接,转化到JM109感受态细 胞中,在LB/Amp/IPTG/X—gal平板上筛选阳性克 隆,然后采用Plus SV Minipres DNA Purification Sys. tern抽提质粒,经Eco RI双酶切鉴定,筛选出重组克 隆。重组克隆由上海生工生物工程技术服务有限公 司(Sangon)进行DNA测序。将所测的序列结果在 NCBI网站上通过Blast n和Blast P进行序列的相似 性分析,最后用DNAStar5.0软件进行序列的比较 分析。 2结果与分析 2.1 RT—PCR产袅匆 从中华蜜蜂工蜂中快速抽提总RNA,将之反转 录成cDNA,进行RT—PCR扩增,得到约750 bp的 特异性条带。经分析初步认为可能是所要克隆的目 的基因片段。 2.2重组质粒酶切鉴定 从平板上挑5个白色菌落,摇菌后提质粒经电 泳初筛发现全部为阳性。选择其中1个阳性质粒进 行双酶切,凝胶电泳显示,观察到2条片段,其中1 条约750 bp,表明成功地构建了含中华蜜蜂工蜂ot 一葡萄糖苷酶基因片段的重组质粒(图1)。 2.3测序结果与对比分析 测序及其序列分析结果表明,所克隆到的中华 蜜蜂 一葡萄糖苷酶基因片段的cDNA序列长度为 745 bp,编码240个氨基酸(图2)。克隆所得序列 已提交GenBank,登录号为:EF638842。所得基因片 段核苷酸序列与意大利蜜蜂(GenBank登录号为 NM_O01040259)相比较,同源性为91.31%,编码区 65个碱基位点发生了变化,导致了22个氨基酸的 M 2 000 1 000 750 500 250 lOO M:I)NA marker 图1含中华蜜蜂工蜂c【一葡萄糖苷酶基因 片段的重组质粒电泳图 差异。将翻译的氨基酸序列进行同源性比对(表 1),结果显示,中华蜜蜂 一葡萄糖苷酶基因片段的 氨基酸与意大利蜜蜂(Apis mellifera)、黑腹果蝇 (Drosophila melanogaster)、埃及斑蚊(Aedes aegyp— ti)、冈比亚按蚊(Anopheles gambiae)、印度蜜蜂(和 cerana indica)、小蜜蜂(Apisflorea)、非洲爪蟾(Xeno. pus laevis)、日本蜜蜂(Apis cerana japonica)、赤拟谷 盗(Tribolium castaneum)、尖音库蚊(Culex pipiens) 的同源性分别为90.83%、48.11%、47.28%、 45。74% 42.25 41。21 38.10%、37.93% 35.56%、33.88% £盆显△出 Q垃 £皿 TTOGGTCTCGGGCAATCACGACAACCACCOT P N G S V A N V S G N H D H H R 0TC10CCTC0A0ArrC0GCAGGCAACGGGCTGACGAGATCCTAATG CT0AC0 V A S R F G R 0 R A D E I L M L T TT0ACTTT0CCCGOCATAOOOGTT01TTACAATOGGGAC0A0ATCOGGATG L T L P G I G v V Y G D E I G H 0A00ACAGGCCOTTCAC01ACOCGGAGACGGTAGACCCGoCC00T T0CAAC E D R P F 1 Y ^ E T V D P ^ G C N OCCGOCCCCOCCAAATATTAC邢AAATCCAoGGATCCCGAGACrOACGCCC ^ G P A K Y Y l K S R D P E R T P TATCAA1B00ACAACA0CACGAOCOCTGGA TTCTCCGACAGAAACAAGACT Y q W D N S T S ^ G F S D R N K T ToGCTACCCGTCAACGACAATTACA0GTCTCTGAATCTT0CC0CTCAAAA0 L P V N D N Y R S L N l ^ A 0 K AAGGAATATTATTCCCATTACGTOoCGTTCAAGTCCATGTCGTATCTGAAG AAG K E Y Y S H Y V ^ F K S M S Y L K K CAGCCA0T0ATC0CGAACoGoA0cTT00A00T00AC0T0ATCGATOGAAAG q P Y I ^ K G S L E Y D V 1 D G K 0TTCT0A0CGTOAAACOGAAA CTCGGAAACGACACCOI"OATA0TTATOGTA V L S V K R K L 6 D T V l Y V A^T TTCTCCAAAA^TCCTGTCACTATCAACATGTCCACGCTACATCCACCTGCC N F S K N P V T  IN M S T L H P P A 0ATCTCGTCG代TAcGCOAACAACGTCATCC,GCTCCCOTCTTA0CCACGGC D L V V Y A N V I G S 6 L S H G AACTGGATCTATCCGACCTCGATGACTATCCCCGoc CTAACTCGGCTATAT.【℃ N I Y P T S M T I P G S N S A I F ACCAATTACAAATT0TATTGGCGATATTGG CAAGGTGTAGATTOG TTG TAGATT T N Y K L Y w R Y w q G v 13 w L 注:加下画线的为引物序列,核酸序列总长为745 bp, 编码240个氨基酸残基 图2中华蜜蜂a.葡萄糖苷酶基因片段核苷酸序列 及相应的氨基酸序列 3讨论 中华蜜蜂属东方蜜蜂种下的主要亚种,是我国 特有的蜜蜂资源,长期适应于我国的地理特征和气 候条件,具有极好的抗寒能力和耐热能力。比意大 利蜜蜂具有更低的耐受温度,对山区零星蜜粉源的 利用能力特别强,在早春的果蔬授粉中有很高的优 维普资讯 http://www.cqvip.com 樊少华等:中华蜜蜂O/一葡萄糖苷酶基因片段的克隆与序列分析 一69一 表1 中华蜜蜂目的基因克隆片段与其他物种 一葡萄糖苷酶 苷酶基因片段,为进一步克隆该基因全长序列、进而 基因片段核苷酸序列相应的氨基酸序列同源性比对 从分子生物学水平研究中华蜜蜂有关疾病如乳糖或 氨搬登录号 物 种 氨基 源性 蔗糖利用障碍疾病奠定基础。蜜蜂是群居性昆虫, 疾病的传播是很快的,如果对于患病蜂群不能迅速 找出病因对症下药的话,会造成极大减产,甚至造成 蜂群整体死亡。从分子生物学水平来研究蜜蜂疾 病,可以为尽快找出病因提供科学可靠的技术手段。 参考文献: [1]Kubota M,Tsuji M,Nishimoto M,et 1a.Localization of alpha—glu— cosidases I,II,and Ill in organs of European honeybees,Ap f够 era L.,and the origin of alpha—glucosidase in honey[J].Biosci Biotechnol Bicehem,2004,68(1 1):2346—2352. [2]Wongchawalit J,Yamamoto T,Nakai H,et a1.Puriifcation and 越性。同时中华蜜蜂也有较好的耐热能力,适应南 characterization of lapha—glucosidase I from Japanese honeybee f A 方的炎热气候,能顺利度过夏天。并且还具有很强 pls cerana japonica)and molecular cloning of its cDNA[J].Biosci 的抗螨危害的能力,比意大利蜜蜂飞行更灵敏,可以 Biotechnol Biochem,2006,70(12):2889—2898. 有效地避免其他捕食性天敌的危害,更能适应山区 [3]OhashiK,SawataM,TakeuchiH,eta1.Moleculra cloningof cDNA and analysis of expression of the gene for alpha—glucosidase from the 的地理环境,在我国平均饲养量约200万~300万 hypopharyngeal gland of the honeybee Ap mellflera L[J].Biochem 群,约占总饲养蜂群的1/3 8 J。我国作为世界第一 Biophys Res Commun,1996,221(2):380—385. 养蜂大国,具有丰富的蜜蜂资源,但是我国蜜蜂研究 [4]Le ChevlaierP,Sellos D,VanWormhoudtA.Moleculra cloning of a 目前还较落后,尤其是分子生物学研究方面更是薄 cDNA encoding alpha—glucosidase in the digestive gland of the 弱,所以加强这方面的研究是非常必要的。 shrimp,Litopenaeus vannamei[J].Cell Mol Life Sci,2000,57(7): ll35一l143. ot一葡萄糖苷酶(ot—glucosidase)是蜜蜂体内的 [5]Hostinova E,Solovicova A,Gasperik J.Cloning and expression of a 一种重要的代谢酶,蜜蜂的许多疾病都与它密切相 gene for na alpha—-glucosidase from Saccharomycopsisfibuligera ho— 关,因此,研究蜜蜂Ot一葡萄糖苷酶可以为蜜蜂疾病 mologous to family GH31 of yeast glucoamylases[J].Appl Microbiol 的防治提供一定的理论基础。但是迄今为止,有关 Biotechnol,2005,69:51—56. Ot一葡萄糖苷酶的研究主要集中在意大利蜜蜂和日 [6]Honeybee Genome Sequencing Consortium.Insights into socila in- 本蜜蜂上,中华蜜蜂的研究尚未见报道。Ohashi等 sects from the genome of hte honeybee Ap meZZ ̄ra[J].Nature, 2006,443(7114):931—949. 对意大利蜜蜂体内的Ot一葡萄糖苷酶进行了cDNA [7]Minetoki T,Gomi K,Kitamoto K,et a1.Nucleotide seque'nce and 克隆和表达分析 ;Kubota等对意大利蜜蜂体内的 expression of lapha—glucosidase—encoding gene(agdA)from Asper- 葡萄糖苷酶进行了定位研究…;Wongchawalit等从 gillus oryzae[J].Biosci Biotechnol Bicehem,1995,59(8):1516— 日本蜜蜂中纯化出该种酶,进行了理化分析,并且对 1521. 它的cDNA进行了克隆 。 [8]Shi W J,xu H J,Cheng J A,et a1.Expression ofthe melittin gene 0fAp cerana cerana in Escherichia coil[J].Protein Expr Purif, 本研究依据意大利蜜蜂的Ot一葡萄糖苷酶基因 2004,37(1):213—219. 序列保守区设计引物,克隆了中华蜜蜂Ot一葡萄糖 

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