广东农业科学  2023, Vol. 50 Issue (8): 154-162   DOI: 10.16768/j.issn.1004-874X.2023.08.016.
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文章信息

引用本文
李晨曦, 吴慧欣, 吴玉娇, 陈洁, 孟宪志, 潘国庆, 龙梦娴. 虾肝肠胞虫水通道蛋白基因EHP00_492的克隆与表达特征分析[J]. 广东农业科学, 2023, 50(8): 154-162.   DOI: 10.16768/j.issn.1004-874X.2023.08.016
LI Chenxi, WU Huixin, WU Yujiao, CHEN Jie, MENG Xianzhi, PAN Guoqing, LONG Mengxian. Cloning and Expression Characteristics Analysis of the Aquaporin Gene EHP00_492 from Enterocytozoon hepatopenaei[J]. Guangdong Agricultural Sciences, 2023, 50(8): 154-162.   DOI: 10.16768/j.issn.1004-874X.2023.08.016

基金项目

重庆市自然科学基金创新群体项目(cstc2021jcyj-cxttX0005)

作者简介

李晨曦(1998—),男,在读硕士生,研究方向为病原微生物学,E-mail:1303675733@qq.com.

通讯作者

龙梦娴(1984—),女,博士,副教授,研究方向为病原微生物学,E-mail:longmx@swu.edu.cn.

文章历史

收稿日期:2023-05-09
虾肝肠胞虫水通道蛋白基因EHP00_492的克隆与表达特征分析
李晨曦1 , 吴慧欣1,2 , 吴玉娇1 , 陈洁1 , 孟宪志1 , 潘国庆1 , 龙梦娴1     
1. 西南大学资源昆虫高效养殖与利用全国重点实验室/微孢子虫感染与防控重庆市重点实验室,重庆 400715;
2. 西南大学蚕桑纺织与生物质科学学院,重庆 400715
摘要:【目的】 克隆虾肝肠胞虫(Enterocytozoon hepatopenaei,EHP)水通道蛋白编码基因EHP00_492,分析其在EHP成熟孢子中的表达特征,为研究EHP水通道蛋白的功能提供理论基础。【方法】 以虾肝肠胞虫为材料,克隆获得完整的EHP00_492基因,对其进行序列特征分析,构建pCold-TF-EHP00_492重组表达载体,转化至大肠杆菌中异源表达重组蛋白,制备兔多克隆抗体。利用蛋白免疫印迹实验和间接免疫荧光实验分析EHP00_492在EHP成熟孢子中的表达定位特征。【结果】 EHP00_492的编码基因全长729 bp,由242个氨基酸组成,富含亮氨酸,预测分子量为25 kD,无信号肽,含有6个跨膜结构域,具有MIP蛋白家族结构域和2个水通道蛋白保守的NPA/G基序。此外,EHP00_492与其他微孢子虫水通道蛋白序列同源性较高,系统进化树分析结果显示,EHP00_492与毕氏肠胞虫EBI_27080蛋白亲缘关系最近。AlphaFold分析发现,EHP00_492与已鉴定的家蚕微孢子虫水通道蛋白NbAQP和兔脑炎微孢子虫水通道蛋白EcAQP的蛋白质三维结构高度相似,推测EHP00_492是一个潜在的水通道蛋白。蛋白免疫印迹结果显示,EHP00_492蛋白在EHP成熟孢子中有表达,分子量为21 kD。亚细胞定位分析结果显示,EHP00_492蛋白定位于EHP成熟孢子的孢壁上。【结论】 初步明确了EHP00_492蛋白的序列特征、结构特征及其与其他微孢子虫水通道蛋白的亲缘关系,以及其在EHP成熟孢子中的表达定位特征,可为进一步研究EHP水通道蛋白的功能提供基础。
关键词虾肝肠胞虫    水通道蛋白    基因克隆    序列特征    表达    亚细胞定位    
Cloning and Expression Characteristics Analysis of the Aquaporin Gene EHP00_492 from Enterocytozoon hepatopenaei
LI Chenxi1 , WU Huixin1,2 , WU Yujiao1 , CHEN Jie1 , MENG Xianzhi1 , PAN Guoqing1 , LONG Mengxian1     
1. State Key Laboratory of Resource Insects/Chongqing Key Laboratory of Microsporidia Infection and Control, Southwest University, Chongqing 400715, China;
2. College of Sericulture, Textile and Biomass Sciences, Southwest University, Chongqing 400715, China
Abstract: 【Objective】 The aquaporin gene EHP00_492 from Enterocytozoon hepatopenaei (EHP) was cloned and its expression characteristics in EHP mature spores was analyzed, which provided a theoretical basis for studying the function of EHP aquaporin. 【Method】 The complete EHP00_492 gene was cloned from Ent. hepatopenaei. The sequence characteristics of EHP00_492 was analyzed by bioinformatics methods. Recombinant expression vector pCold-TF-EHP00_492 was constructed and transformed into Escherichia coli to induced fusion protein expression for preparing the rabbit polyclonal antibody of EHP00_492. The expression and subcellular localization characteristics of EHP00_492 in EHP mature spores were analyzed by Western blot and indirect immunofluorescence assay. 【Result】 EHP00_492 gene is 729 bp in length, encoded 242 amino acids. EHP00_492 is rich in leucine, with a predicted molecular weight of 25 kD. It has no signal peptide, but involving six transmembrane domains, the MIP conserved domain and two aquaporin conserved NPA/G motif. In addition, EHP00_492 has a high homology with other microsporidian aquaporins, and the phylogenetic tree analysis result shows that EHP00_492 is closely related with EBI_27080 protein from Ent. bieneusi. The three-dimensional structure of EHP00_492 is highly similarity with the identified aquaporin NbAQP from Nosema bombycis and EcAQP from Enc. cuniculi by AlphaFold analysis, which is speculated that EHP00_492 is a potential aquaporin. EHP00_492 is a 21 kD-protein in the mature spores of EHP by Western blot analysis. And the subcellular localization analysis showed that EHP00_492 protein was localized at the spore wall of EHP mature spores. 【Conclusion】 In this study, the sequence and structure characteristics of EHP00_492 protein, as well as its phylogenetic relationship with other microsporidian aquaporins, and the expression and subcellular localization characteristics of EHP00_492 protein in EHP mature spores were preliminary clarified, which provided basis for further study on the function of EHP aquaporins.
Key words: Enterocytozoon hepatopenaei    aquaporin    gene cloning    sequence characteristics    expression    subcellular localization    

【研究意义】凡纳滨对虾原产于太平洋沿岸,目前是我国主要的对虾养殖品种之一,年产量可高达百万吨[1]。但凡纳滨对虾常遭受病毒、细菌和真菌等病原感染,给全球对虾养殖业造成严重经济损失[2]。2004年泰国新发现了一种对虾病原,2009年鉴定为微孢子虫,命名为虾肝肠胞虫(Enterocytozoon hepatopenaei,EHP)。EHP主要感染对虾肝胰腺,通过影响宿主免疫和代谢,抑制对虾正常生长发育甚至危及存活率[3-5]。2013年我国首次检出EHP,至今已传播至各大养殖区,极大地威胁国内对虾养殖业的健康发展[6-8]。迄今已发现200多属、1 700多种微孢子虫[9-11],它们具有相似且特殊的侵染方式,即适宜环境条件下,刺激微孢子虫发芽,极管迅速弹出,病原性孢原质通过此中空管道运输至宿主细胞内。研究发现,水通道蛋白参与激活微孢子虫发芽[12-14]。为有效防控虾肝肠胞虫,揭示其侵染机制显得尤为重要。【前人研究进展】水通道蛋白作为细胞膜上的跨膜蛋白,参与水和小分子溶质跨膜的双向运输,几乎存在于所有生物中。水通道蛋白以四聚体形式存在,每个单体都会形成具有高度选择性的中空通道以运输合适分子。目前,已发现300多种不同的水通道蛋白,其中人的水通道蛋白有13种亚型,分别是AQP0~AQP12[15]。水通道蛋白由6个α-螺旋跨膜结构域组成,具有2个保守基序NPA(Asn-Pro-Ala)、5个环结构(A~E环),汞离子通过作用于E环上NPA基序前的半胱氨酸位点可逆地抑制水通道蛋白功能[16-17]。Frixione等[14]利用HgCl2处理按蚊微孢子虫(Nosema algerae),发现HgCl2可显著抑制按蚊微孢子虫发芽,推测水通道蛋白参与按蚊微孢子虫的发芽过程。2006年Ghosh等[18]从兔脑炎微孢子虫(Encephalitozoon cuniculi)中鉴定到首个微孢子虫水通道蛋白EcAQP,其具有保守的水通道蛋白序列特征,将其编码基因转染至非洲爪蟾卵母细胞中异源表达,发现该卵母细胞的通透性显著增加,表明EcAQP具有促进水渗透的功能。Chen等[19]从家蚕微孢子虫(Nosema bombycis)基因组中克隆得到NbAQP,发现NbAQP蛋白定位于成熟孢子的孢壁,并且NbAQP抗体能有效抑制孢子发芽率,进一步证实了水通道蛋白在微孢子虫发芽中发挥重要功能。【本研究切入点】目前虾肝肠胞虫全基因序列测序分析已经完成[20],但有关EHP水通道蛋白的研究尚未见报道。鉴于此,本研究以虾肝肠胞虫水通道蛋白EHP00_492为试验对象,对其编码基因进行克隆,预测其蛋白质的序列与结构特征,分析该蛋白在EHP成熟孢子中的表达定位特征。【拟解决的关键问题】本研究从虾肝肠胞虫EHP的cDNA中克隆EHP00_492基因;通过生物信息学方法分析其编码蛋白的序列特征、三维结构特征及其与同源蛋白间的亲缘关系;构建重组表达载体pCold-TF-EHP00_492,转化大肠杆菌异源表达,纯化重组蛋白并制备多克隆抗体;分析EHP00_492在EHP成熟孢子中的表达及亚细胞定位特征,以期为EHP水通道蛋白的功能研究奠定基础。

1 材料与方法 1.1 试验材料

试验于2021—2022年在西南大学资源昆虫高效养殖与利用全国重点实验室开展。供试的感染EHP与未感染EHP的凡纳滨对虾均购自重庆市合川区和铜梁区的养殖池塘,新西兰实验兔购自重庆恩斯维尔生物科技有限公司;大肠杆菌Escherichia coli DH5α和Rosetta感受态细胞购自重庆灵精生物科技有限公司,pCold-TF表达质粒由本实验室保存;PrimeSTAR DNA聚合酶、Xho I和Pst I限制性内切酶、IPTG、脱脂奶粉购自Takara Bio公司,425-600 μm玻璃珠、弗氏佐剂、DAPI细胞核染料、HRP标记山羊抗兔IgG、Triton X-100购自Sigma-Aldrich公司,Alexa Fluor® 594山羊抗兔荧光二抗购自Invitrogen公司,TF-tag兔多克隆抗体购自迅检(重庆)生命科技有限责任公司;DNA胶回收试剂盒、Total RNA提取试剂盒、质粒抽提试剂盒购自Omega BioTek公司,一步法快速克隆试剂盒购自上海翊圣生物公司;PMSF、考马斯亮蓝染色液、Wheat Germ Agglutinin(WGA-488)购自碧云天生物技术有限公司。

1.2 试验方法

1.2.1 引物设计与合成 根据虾肝肠胞虫水通道蛋白编码基因EHP00_492序列(GenBank No. MNPJ01000023.1: 89 904~90 632,729 bp),使用Primer 5.0软件设计特异性引物。用于RT-PCR的引物对,EHP00_492-F1序列:5'-ATGCAAGTCAGTAAAAAATTAATAG-3',EHP00_492-R1序列:5'-TTATTTAAACAACAAAAATACTTG-3';用于克隆的引物对,EHP00_492-F2序列:5'-GGCATATGGAGCTCGGTACCCTCGAGATGCAAGTCAGTAAAAAATTAATAG-3'(下划线为XhoI酶切位点),EHP00_492-R2序列:5'-GCAGAGATTACCTATCTAGACTGCAGTTATTTAAACAACAAAAATACTTG-3'(下划线为PstI酶切位点)。引物由生工生物工程(上海)股份有限公司合成。

1.2.2 RNA提取和RT-PCR 采用RT-PCR方法克隆EHP00_492基因。取约1×106个EHP孢子,按照RNA提取试剂盒说明书提取RNA,并利用逆转录试剂盒将总RNA逆转录为cDNA。以cDNA为模板、EHP00_492-F1/R1为引物,通过PCR扩增EHP00_492基因。PCR反应体系:PrimerSTAR DNA(2×)聚合酶25 μL,引物0.2 μmol/L,cDNA 1 µL,ddH2O补足至50 µL。PCR反应条件:98 ℃ 3 min;98 ℃ 20 s、50 ℃ 20 s、72 ℃ 10 s,35个循环;72 ℃ 10 min。采用1% 琼脂糖凝胶电泳分析PCR产物,并送生工生物工程(上海)股份有限公司进行测序。

1.2.3 生物信息学分析 通过NCBI(http://ncbi.nlm.nih.gov/)完成序列检索并利用微孢子虫数据库(https://microsporidiadb.org/micro/app/)进行基因座位分析;利用ExPASy(https://web.expasy.org/protparam/)进行分子量、氨基酸数量和等电点等特征预测;利用SignalP 5.0(http://www.cbs.dtu.dk/services/SignalP/)进行蛋白信号肽预测;利用NetPhos 3.1(http://www.cbs.dtu.dk/services/NetPhos/)进行蛋白潜在磷酸化位点预测;利用PSIPRED(http://bioinf.cs.ucl.ac.uk/psipred/)进行蛋白二级结构预测;利用SMART(http://smart.embl-heidelberg.de/)进行蛋白质功能域预测;利用TMHMM(http://www.cbs.dtu.dk/services/TMHMM-2.0/)进行跨膜结构域预测;利用MAFFT(https://mafft.cbrc.jp/alignment/server/index.html)进行微孢子虫与不同物种之间水通道蛋白的多重序列比对;利用AlphaFold软件进行蛋白质三维结构预测与比对;利用MEGA 7.0软件基于Neighbor-Joining法构建系统发育树。

1.2.4 EHP00_492重组质粒构建 将pCold-TF载体质粒进行XhoI和PstI双酶切,酶切反应体系:限制性内切酶各3.5 µL,CutSmart buffer 5 µL,模板1~5 µg,ddH2O补足至50 µL。酶切反应条件:37 ℃下孵育20 min。将酶切产物进行琼脂糖凝胶电泳并割胶回收。使用EHP00_492-F2/R2引物扩增EHP00_492片段,反应体系:PrimerSTAR DNA聚合酶25 µL,引物0.2 µmol/L,模板1 µL,ddH2O补足至50 µL。反应条件:98 ℃ 3 min;98 ℃ 20 s、50 ℃ 20 s、72 ℃ 10 s,35个循环;72 ℃ 10 min,扩增产物进行琼脂糖凝胶电泳并割胶回收。根据一步法克隆试剂盒的操作说明将157 4 µL载体与6 µL外源片段进行连接,连接酶10 µL,50 ℃孵育20 min。将连接产物转化至E. coli DH5α感受态细胞中,并涂布于含有氨苄青霉素的LB培养基过夜培养。挑取单菌落提取质粒进行PCR和双酶切验证,并送至生工生物工程(上海)股份有限公司测序。

1.2.5 EHP00_492异源蛋白表达、纯化及其兔多克隆抗体制备 将测序正确的pCold-TF-EHP00_492重组质粒转化至表达菌株E. coli Rosetta中,添加0.5 mmol/L IPTG诱导,收集菌体进行破碎,使用Ni-NTA亲和层析柱纯化rEHP00_492重组蛋白。纯化后的rEHP00_492蛋白与佐剂混合后免疫新西兰实验兔,制备兔多克隆抗体。

1.2.6 EHP孢子总蛋白提取 取约1×106个EHP成熟孢子,加入1×PBS 300 µL、PMSF 20 µL和425~600 μm玻璃珠0.4 g混合进行破碎,破碎条件:6 m/s,30 s/轮,6轮/次,每轮间歇10 s,共破碎3次。离心后的上清即为EHP孢子总蛋白。

1.2.7 蛋白免疫印记(Western blot) 将EHP孢子总蛋白进行SDS-PAGE电泳后,电转至PVDF膜。将PVDF膜于37 ℃下封闭1~2 h;分别利用EHP00_492兔多克隆抗体和TF-tag兔多克隆抗体室温下孵育PVDF膜1 h,利用羊抗兔IgG二抗室温下孵育PVDF膜45 min。采用化学发光成像仪(Azure Biosystems C300)对PVDF膜进行曝光、成像。

1.2.8 间接免疫荧光实验(Indirect immunofluorescence assay,IFA) 将EHP孢子涂布于包被0.01%(V/V)多聚赖氨酸的载玻片上,滴加4%(V/V)多聚甲醛固定样品,加入1%(V/V)Triton X-100处理20 min;加入IFA封闭液于室温下孵育1 h,分别加入EHP00_492兔多克隆抗体和TF-tag兔多克隆抗体于室温下孵育1 h,加入Alexa Fluor® 594山羊抗兔荧光二抗于室温下避光孵育1 h;加入DAPI和Wheat Germ Agglutinin(WGA-488)于室温下避光染色20 min,使用激光共聚焦显微镜(OLYMPUS FV1000)观察结果。

2 结果与分析 2.1 EHP00_492基因座位保守性分析

通过6种微孢子虫同源基因座位保守性分析发现,虾肝肠胞虫EHP00_492与毕氏肠胞虫EBI_27080、黄道蟹微孢子虫ECANGBI_2177、兔脑炎微孢子虫ECU07_0740、肠脑炎微孢子虫Eint_070680和海伦脑炎微孢子虫EHEL_070710同源基因及其邻近基因座位相当保守(图 1),推测这些基因行使相似且保守的功能。兔脑炎微孢子虫ECU07_0740已被鉴定具有水通道蛋白的功能[18],推测EHP00_492是虾肝肠胞虫水通道蛋白编码基因。

彩色矩形框代表基因;虚线连接同源基因;箭头代表ORF的方向;图中基因和间隔区域的大小按碱基数等比例(1:250)缩小 Colored rectangles represent genes; the dotted lines connect homologous genes; the arrow represents the direction of ORF; the size of genes and spacer regions in the figure is reduced in equal proportion to the number of bases (1:250) 图 1 EHP00_492同源基因座位保守性分析 Fig. 1 Conservation analysis of EHP00_492 homologous gene locus

2.2 EHP00_492基因克隆

提取EHP总RNA,反转录cDNA,以cDNA为模板,采用EHP00_492-F1/R1引物进行RT-PCR扩增。电泳结果(图 2)显示,约750 bp处有1条特异性扩增条带;经测序可知,RT-PCR扩增条带的序列与EHP00_492全长序列一致,表明该基因无内含子。

M:Trans2K Plus DNA Marker;1:PCR扩增产物 M: Trans2K Plus DNA Marker; 1: PCR amplification product 图 2 EHP00_492基因克隆 Fig. 2 Cloning of EHP00_492 gene

2.3 EHP00_492序列特征

EHP00_492含有242个氨基酸,预测分子量为25 kD。经预测EHP00_492无信号肽,但具有多个丝氨酸和苏氨酸磷酸化修饰位点。利用PSIPRED对EHP00_492的二级结构进行分析,结果(图 3)表明该蛋白具有8个α螺旋和多个无规则卷曲。TMHMM分析发现,EHP00_492中12~31 aa、41~60 aa、91~113 aa、133~155 aa、176~198 aa、218~240 aa的位置存在6个跨膜结构域(图 4)。SMART预测结果(图 5)显示,EHP00_492含有1个保守的水通道蛋白家族结构域(2~236 aa)。比较EHP00_492与不同微孢子虫同源蛋白发现,它们都富含亮氨酸,等电点偏酸性,均含有6~8个跨膜结构域(表 1)。

粉色标记α螺旋,灰色标记无规则卷曲 Pink marks α helix, gray marks random curl 图 3 EHP00_492二级结构特征分析 Fig. 3 Analysis of the secondary structure of EHP00_492

红色标记跨膜结构域,蓝色标记膜内区,粉色标记膜外区 Red marks transmembrane domains, blue marks inside, pink marks outside 图 4 EHP00_492跨膜域预测 Fig. 4 Prediction for the transmembrane domain of EHP00_492

图 5 EHP00_492功能结构域分析 Fig. 5 Analysis of the function domain of EHP00_492

表 1 EHP00_492同源蛋白序列特征比较 Table 1 Comparison sequence characteristics of EHP00_492 and homologous proteins

2.4 EHP00_492序列保守性与同源蛋白亲缘进化关系分析

BlastP比对结果(图 6)发现,EHP00_492与毕氏肠胞虫EBI_27080序列相似性最高,为74%;与兔脑炎微孢子虫ECU07_0740、海伦脑炎微孢子虫EHEL_070710、肠脑炎微孢子虫Eint_070680序列相似性介于46%~48% 之间;多重序列比对发现,EHP00_492与其他同源蛋白均存在2个水通道蛋白的保守基序NPA/G,分别位于69~71 aa和201~203 aa处,且呈对称分布。系统进化树分析结果(图 7)发现,EHP00_492与毕氏肠胞虫水通道蛋白EBI_27080聚为一支;相比于人水通道蛋白NP932766.1和对虾水通道蛋白ROT75608.1,微孢子虫来源的水通道蛋白与酵母水通道蛋白ADC55558.1的进化关系更近。

红色背景代表相同氨基酸;黑框标记水通道蛋白保守的NPA/G基序 The red background represents the same amino acid; Black box marked the conservative NPA/G motif of aquaporin 图 6 EHP00_492同源序列比对 Fig. 6 Alignment analysis of EHP00_492 and homologous sequences

图 7 EHP00_492系统进化树分析 Fig. 7 Phylogenetic tree analysis of EHP00_492

2.5 EHP00_492蛋白三维结构预测

利用AlphaFold软件预测EHP00_492蛋白的三维结构(图 8),并与已完成功能鉴定的家蚕微粒子虫水通道蛋白NbAQP(GenBank No. NBO_16g0013)和兔脑炎微孢子虫水通道蛋白EcAQP(GenBank No. ECU07_0740)的三维结构比对,发现3个蛋白质在10~32 aa、42~126 aa、129~160 aa、172~242 aa处存在重叠,暗示其蛋白功能的保守性。

Merge图中的绿色区域代表NbAQP、EcAQP和EHP00_492蛋白三维结构的重叠区 The green area in the Merge diagram represents the overlap of the three-dimensional structures of NbAQP, EcAQP and EHP00_492 图 8 EHP00_492与NbAQP和EcAQP三维结构比对 Fig. 8 Comparison the three-dimensional structure of EHP00_492, NbAQP and EcAQP

2.6 EHP00_492蛋白的表达特征

将pCold-TF-EHP00_492重组表达质粒转化E. coli Rosetta菌株中,IPTG诱导后获得大量rEHP00_492重组蛋白,利用Ni-NTA亲和层析柱纯化后,SDS-PAGE检测发现100 mmol/L咪唑能纯化出质量较高的rEHP00_492重组蛋白,分子量大小约为75 kD,与预测分子量大小一致(图 9 A)。将rEHP00_492重组蛋白免疫新西兰实验兔制备EHP00_492兔多克隆抗体。通过蛋白免疫印记分析EHP00_492在EHP中的表达特征,结果(图 9 B)显示,与阴性对照pCold-TF抗体相比,EHP00_492兔多克隆抗体可在EHP天然总蛋白中识别1条大小约21 kD的条带,表明EHP00_492在EHP中能表达,其分子量大小为21 kD。

A:rEHP00_492重组蛋白的纯化;B:Western blot分析EHP00_492蛋白的表达特征
M:低分子质量标准蛋白;1:EHP00_492兔多克隆抗体在EHP孢子总蛋白中的免疫印迹;2:TF-tag兔多克隆抗体在EHP孢子总蛋白中的免疫印迹;黑色箭头指示目标产物
A: Purification of rEHP00_492 recombinant protein; B: Expression characteristics of EHP00_492 by Western blot analysis
M: Low molecular mass standard protein; 1: Western blot analysis of the total EHP proteins by EHP00_492 rabbit polyclonal antibody; 2: Western blot analysis of the total EHP proteins by TF-tag rabbit polyclonal antibody; The black arrow indicates the target product
图 9 EHP00_492蛋白的纯化与表达特征 Fig. 9 Purification and expression characteristics of EHP00_492

2.7 EHP00_492亚细胞定位特征

为进一步分析EHP00_492的亚细胞定位特征,利用麦胚芽凝集素WGA-488特异性标记EHP成熟孢子孢壁上的几丁质,结果(图 10)发现,与对照组相比,红色荧光标记的EHP00_492兔多克隆抗体能特异性识别EHP成熟孢子中的EHP00_492蛋白,并且红色荧光信号与绿色荧光标记的WGA-488信号存在共定位现象,表明EHP00_492蛋白定位于EHP成熟孢子的孢壁上。

A:TF-Tag兔多克隆抗体标记EHP成熟孢子;B:EHP00_492兔多克隆抗体标记EHP成熟孢子绿色荧光:WGA-488标记EHP成熟孢子的孢壁,蓝色荧光:DAPI标记EHP的核 A: TF-Tag rabbit polyclonal antibody was used to label mature EHP spores; B: EHP00_492 rabbit polyclonal antibody was used to label EHP mature spores Green fluorescence: WGA-488 marked the spore wall of EHP mature spores; Blue fluorescence: DAPI marked the nuclear of EHP 图 10 IFA分析EHP00_492在EHP成熟孢子中的亚细胞定位特征 Fig. 10 Subcellular location characteristics of EHP00_492 in EHP mature spores by IFA

3 讨论

2004年以来,EHP相继在泰国、中国、印度、印度尼西亚和委内瑞拉等对虾养殖大国被发现,由于其具有快速水平传播和垂直传播的能力,给全球对虾养殖生产造成了严重经济损失[21]。微孢子虫具有一个特殊的侵染装置,由极管、极膜层和后极泡3部分组成[22-23]。特定环境刺激孢子发芽,极管从成熟孢子内部迅速弹出并刺入宿主细胞,将具有病原性的孢原质运送至宿主细胞完成侵染[24-25]。因此,发芽是微孢子虫成功感染宿主的关键。

研究发现,微孢子虫内外渗透压的瞬间变化激活了孢子发芽,在此过程中,水通道蛋白发挥重要作用[26]。水通道蛋白属于MIP蛋白超家族,可选择性地将水、中性小分子和离子进行跨膜运输。MIP超家族分为水通道蛋白(AQPs)和甘油摄取促进剂(GlpFs)两大类,前者存在于所有生命,后者多来源于微生物[27]。作为第一亚家族,AQPs是水选择透性的水通道蛋白,包括AQP0、AQP1、AQP2、AQP4、AQP5和AQP6。第二亚家族GlpFs既能渗透水,也能运输其他不带电的小分子(如氨、尿素和甘油等)。根据氨基酸序列特征,AQP3、AQP7、AQP9和AQP10归属于这一家族[28-29]。原核生物的水通道蛋白首次发现于大肠杆菌,水通道蛋白AqpZ介导水的快速流入或流出以应对大肠杆菌细胞外渗透压变化,此外,AqpZ还有助于大肠杆菌细胞体积的增长[27]。酿酒酵母含有4个水通道蛋白基因,分别为AQY1AQY2AQY3Fps1。低温使酿酒酵母细胞膜的流动性和渗透性降低,但水通道蛋白AQY1能加速胞内水的流出,避免细胞死亡[30]。水通道蛋白参与了细胞膜的渗透调节。微孢子虫也具有水通道蛋白,当其发芽激活时,水通道蛋白促进水分子迅速流入孢子内部,造成后极泡和极膜层瞬间膨胀,直至孢子前端破裂,极管被膨胀的后极泡推动并外翻弹出。此外,氯化汞能抑制水通道蛋白功能,但无法抑制EcAQP对水的渗透,推测EcAQP缺乏位于NPA保守基序旁对汞敏感的半胱氨酸位点。虾肝肠胞虫作为养殖对虾检出率最高的病原之一,目前暂无有效防治药物。因此,后续研究工作可探索靶向EHP00_492的抑制剂降低孢子发芽,以期有效控制EHP传播。

4 结论

本研究从虾肝肠胞虫基因组中筛选到水通道蛋白编码基因EHP00_492,序列分析发现EHP00_492符合水通道蛋白保守的序列特征。系统进化树分析发现,EHP00_492与毕氏肠胞虫水通道蛋白EBI_27080亲缘关系最近,并且与已鉴定的家蚕微孢子虫水通道蛋白NbAQP、兔脑炎微孢子虫水通道蛋白EcAQP的三维结构高度相似。EHP00_492能表达定位于虾肝肠胞虫成熟孢子的孢壁上,推测其在EHP发芽过程中发挥重要功能。本研究初步明确了EHP00_492蛋白的序列特征、结构特征和表达定位特征,对进一步探究EHP水通道蛋白的功能具有重要意义。

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(责任编辑     崔建勋)