条斑紫菜PyMGST3基因克隆、表达及功能分析

微粒体谷光甘肽硫转移酶(microsomal glutathione S-transferases,MGST)作为膜结合蛋白之一,具有谷光甘肽转移酶和过氧化物酶活性,在细胞及细胞器的抗氧化胁迫中扮演着重要角色,但MGST基因在紫菜(Pyropia yezoensis)中的鉴定与分析还未见报道。本文采用RACE-PCR方法首次克隆了条斑紫菜的微粒体GST基因的全长,命名为PyMGST3,同时利用生物信息学及实时定量PCR方法对该基因的序列及诱导表达特征进行了分析,并通过原核表达进一步验证了该基因的酶活性及在抗氧化胁迫中的作用。结果表明,PyMGST3基因的c DNA序列全长为681bp,其中开放阅读框长度417bp,5'-UTR长度80bp,3'-UTR长度184bp,在受到Cd~(2+)和Cu~(2+)胁迫时,上调表达;PyMGST3蛋白具有三个跨膜结构域及跨膜疏水区,与皱波角叉菜的MGST蛋白相似性最高为60%,与其它藻类的MGST蛋白的相似性较低;在大肠杆菌中表达及纯化后的PyMGST3蛋白具有谷光甘肽转移酶活性;此外,超表达PyMGST3蛋白的重组菌株提高了对抗Cd~(2+)和Cu~(2+)毒害的能力。这些结果暗示PyMGST3基因很可能在条斑紫菜遭遇重金属等引起的氧化胁迫时起到重要的保护作用。     

条斑紫菜丝裂原活化蛋白激酶PyMAPK3基因的克隆及胁迫条件下的功能分析

本研究从条斑紫菜中克隆了一个丝裂原活化蛋白激酶(mitogen activated protein kinase)基因,命名为PyMAPK3。该基因全长2155bp,开放阅读框(ORF)1401bp,编码466个氨基酸,含有两个内含子。氨基酸序列分析表明,PyMAPK3磷酸化位点的氨基酸基序为TDY,其等电点为7.17,蛋白分子量为51.6KDa,亚细胞定位于叶绿体。荧光定量PCR技术对该基因在不同非生物胁迫条件下的转录差异分析结果显示,极端胁迫条件下基因表达量显著增加。蛋白免疫印迹技术对蛋白在不同胁迫条件下的表达量分析结果显示,在不同的胁迫条件下其翻译水平的表达模式表现出与转录水平的不一致性。本研究为深入了解条斑紫菜在逆境适应机制中MAPK蛋白的作用奠定基础,同时为条斑紫菜抗逆品系的选育提供理论指导。     

条斑紫菜藻红蛋白的制备

藻红蛋白存在于红藻、蓝藻与隐藻中。自Kützing(1843)首先从红藻中提出藻红蛋白以来,通过长期的研究,对这类色蛋白的种类、分布、结构和功能都有了更深入的了解。 红藻和蓝藻的藻红蛋白有三种:C-藻红蛋白,B-藻红蛋白和R-藻红蛋白。此外,在隐藻中另有三种隐藻藻红蛋白。条斑紫菜(Porphyrayezoensis)的藻红蛋白属于R-藻红蛋白。 藻红蛋白是光合作用的集光色素,它能高效率地吸收光能并将激发能传递给叶绿素a。     

条斑紫菜锰超氧化物歧化酶原核表达及多克隆抗体制备

研究紫菜抗逆的分子机制,将本实验室克隆的条斑紫菜(Porphyra yezoensisUeda)锰超氧化物歧化酶(manganese superoxide dismutase,Mn SOD)基因全长cDNA克隆到质粒pET-30c(+)中,构建原核表达载体pET-S,转化大肠杆菌BL21(DE3)表达Mn SOD,表达产物的分子量约为30 KDa。利用不同浓度的Mn2+诱导重组Mn SOD的表达,可以检测到比活力随Mn2+浓度增高而上升的趋势。用重组Mn SOD免疫新西兰大白兔,制备了多克隆抗体,多克隆抗体的效价为1∶8 000。免疫印迹实验(Western Blot)表明该多克隆抗体具有很好的特异性。     

稀杯盔形珊瑚钙网蛋白基因的克隆及功能分析

钙网蛋白（calreticulin,CRT）是高度保守的内质网钙结合蛋白和分子伴侣,主要参与调节钙离子水平和指导蛋白质正确折叠。在这里,我们克隆稀杯盔形珊瑚（Galaxea astreata）的CRT基因,命名为Gacrt,并分析其促进细菌凝集的能力。Gacrt全长1792bp,其中5’端非翻译区(5''UTR)为77 bp,3’端非翻译区(3''UTR)为380bp,开放阅读框(ORF)1335bp,编码444个氨基酸残基,包含信号肽结构域、内质网检索信号序列（KDEL）、两条保守的钙网蛋白家族结构和一组三重复序列。通过构建原核表达系统得到CRT重组蛋白,纯化后的重组蛋白可以促进革兰氏阳性菌藤黄微球菌和革兰氏阴性菌大肠杆菌凝集,具有细菌凝集活性,支持GaCRT作为免疫相关分子参与机体对细菌防御的观点。     

坛紫菜超氧化物歧化酶基因的克隆及表达分析

超氧化物歧化酶(SOD)是植物细胞应对氧化胁迫的第一道,也是最重要的防线。本研究以坛紫菜转录组数据库中的unigene序列为基础,通过RACE扩增技术克隆得到了3条坛紫菜SOD基因的全长序列,分别命名为PhMSD,PhCSD1和PhCSD2。序列分析结果表明,PhMSD序列全长973 bp,可编码包含224个氨基酸,等电点为5.75的多肽序列;PhCSD1序列全长1029 bp,可编码包含134个氨基酸,等电点为4.65的多肽序列;PhCSD2序列全长954 bp,可编码包含216个氨基酸,等电点为10.74的多肽序列。根据保守序列和系统进化树分析,可以将三条PhSODs分成两个亚型:其中PhMSD属于锰超氧化物歧化酶,PhCSD1和PhCSD2属于铜锌超氧化物歧化酶。采用实时荧光定量PCR技术(qPCR)测定了3条PhSOD基因在坛紫菜不同世代,高温胁迫不同时间水平以及不同失水胁迫梯度下的表达水平变化,结果表明:3条PhSOD基因在叶状体世代中的表达水平均显著高于丝状体世代;在不同水平的高温和失水胁迫下,PhCSD1和PhCSD2的表达水平显著上调,而PhMSD则表现出不同的表达模式,高温胁迫下被显著抑制,失水胁迫下没有发生显著变化。     

马氏珠母贝水通道蛋白基因AQP4 cDNA克隆和表达分析

水通道蛋白4(aquaporin4, AQP4)是一类被动运输水的通道蛋白。本研究根据转录组测序获得的马氏珠母贝AQP4片段, 采用RACE技术获得了AQP4的全长cDNA, 命名为PfAQP4, 其5′非翻译区(untranslated region, UTR)为114bp, 3′UTR为839bp, 开放阅读框(open reading frame, ORF)为858bp, 编码285个氨基酸。PfAQP4含有6个α螺旋跨膜区、5个环、1个主要内嵌蛋白(major intrinsic protein, MIP)结构域、2个NPA(Asn-Pro-Ala)基序, 属于AQP1-like型。利用qPCR技术分析PfAQP4在不同组织、不同发育时期以及盐度胁迫条件下的mRNA表达模式。结果显示: (1) PfAQP4在所有被检测组织中均表达, 其中在闭壳肌、足和鳃中表达量较高; (2) PfAQP4在不同的发育时期均有表达, 其表达量整体呈现先升高后降低的趋势, 其中在2—4细胞期表达量最高, 在眼点幼虫期表达量最低; (3) 在高盐度组(36‰)盐度胁迫24、72、120h后, PfAQP4表达量显著上升, 在168h降至对照组水平; 在低盐(16‰)组, PfAQP4表达量在24h显著上调, 在72h恢复至对照组水平, 说明盐度影响鳃组织中PfAQP4的表达量, 也表明PfAQP4在马氏珠母贝渗透压调节中起着非常重要的作用。     

条斑紫菜丝状孢子体cDNA文库构建及抗病相关基因鉴定

经过微量总 RNA抽提、c DNA合成、c DNA扩增和克隆等步骤 ,构建了微量条斑紫菜丝状孢子体 c DNA文库 ,并进行了小规模表达序列标签分析。从 1 70条标签序列中鉴定出 6条抗病相关基因序列。这些序列可用于研制抗病单核苷酸多态性标记 ,辅助紫菜抗性遗传改良。     

条斑紫菜单孢子的研究

研究了条斑紫菜不同栽培品系间在单孢子形成方面的差异，并采用RAPD方法研究了它们之间的遗传距离，还研究了温度、藻体不同发育时期、干出对单孢子形成的影响，结果表明，产生单包子多的品系与单孢子少的品系间遗传距离较远，单孢子多的品系间、单孢子少的品系间遗传距离都较近；室内培养环境能够形成单孢子的最低水温高于自然海区；大于几十个细胞的藻体在合适的温度下可以持续形成单孢子，一直到藻体成熟；在成熟的藻体上仍有单孢子放散，但大量的果胞也可以以与单孢子相同的方式放散并萌发成苗，干出对单孢子的产生没有明显的影响。     

内源β-微管蛋白侧翼序列调控下条斑紫菜原生质体GUS基因的瞬间表达

内源β-微管蛋白启动子经常被用在绿藻外源基因表达载体中，但在条斑紫菜瞬间表达载体中应用内源β-微管蛋白启动子尚未见报道。为检测内源的β-微管蛋白启动子在紫菜瞬间表达中的效率构建了瞬间表达载体和对照载体。质粒pA由pCATR3-enhancer载体的骨架构建而成，瞬间表达载体则是将条斑紫菜β-微管蛋白基因的5’侧翼序列（Tub5’），β-葡萄糖醛酸苷酶（GUS）基因（gusA）和β-微管蛋白的3’侧翼序列（Tub3’）插入载体pA。而对照载体pA—GUSTub3只包含gusA和Tub3’。利用电击法进行条斑紫菜原生质体的瞬间表达。电击后24h开始进行GUS活性定量检测。结果表明在微管蛋白基因侧翼序列的控制下实现了GUS基因的瞬间表达，但是24h后GUS活性降低。同pBI221相比，利用pATubGUS电击后，原生质体表现出更强的GUS活性。结果显示内源微管蛋白启动子是条斑紫菜遗传转化的1种有潜力的调控元件。     

香港牡蛎(Crassostrea hongkongensis)水通道蛋白基因AQP1的克隆、分子特性和表达分析

水通道蛋白1(Aquaporin1,AQP1)是一类通过渗透梯度将水或一些小的中性分子快速穿过细胞膜的通道蛋白。通过RT-PCR和RACE技术克隆获得了香港牡蛎AQP1基因全长,并命名为Ch AQP1(Gen Bank登录号:KJ704847)。该基因全长1153bp,开放阅读框长度为888bp,编码295个氨基酸残基。Ch AQP1基因包括1个保守的MIP结构域、6个跨膜区、5个连接环、2个NPA(Asn-Pro-Ala)基序和选择性水孔构件ar/R(aromatic/arginine)。系统学分析表明Ch AQP1属于AQP1-like型水通道蛋白。m RNA组织分布结果显示,Ch AQP1在各个组织中均有表达,其中在闭壳肌和外套膜中表达量相对较高。利用实时定量PCR分析高、低盐胁迫下其在鳃中的表达模式,结果表明,Ch AQP1 m RNA表达量在低盐处理下基本没有太大变化;在高盐胁迫下,第1天(P0.01)、第3天和第5天(P0.05)显著下调;这说明Ch AQP1基因参与了香港牡蛎的渗透压平衡调节。     

坛紫菜碳酸酐酶基因的克隆、表达及酶活性分析

以坛紫菜丝状体为材料,采用RACE方法获得坛紫菜碳酸酐酶(CA)基因的全长cDNA。该cDNA全长1 081 bp,具有一个825 bp的开放阅读框,可编码274个氨基酸。序列同源性分析显示该cDNA序列推导的氨基酸序列与其他物种的碳酸酐酶具有较高的一致性,其中与条斑紫菜的一致性达到96%。氨基酸序列分析表明该蛋白为β-CA,含有两个CA活性位点,无跨膜结构,可能存在一个信号肽将其定位到叶绿体中,与藻类和细菌聚类。原核诱导表达得到一个72 kDa左右的融合蛋白,酶活测定结果显示此蛋白具有碳酸酐酶活性。该实验对进一步深入研究坛紫菜CA的功能及坛紫菜碳代谢、光合作用等生理过程具有重要的参考价值。     

条斑紫菜酵母双杂交文库的构建及PyMAPK5互作蛋白的筛选

为进一步研究条斑紫菜促分裂原活化激酶家族PyMAPK5的下游互作蛋白,理解其生物学功能,本研究通过酵母双杂交的方法进行其相互作用蛋白的筛选。提取不同温度和失水逆境胁迫下的RNA,利用Invitrogen体系构建条斑紫菜酵母双杂交cDNA文库,其库容为1.44×107CFU,重组率为91.8%。以pGBKT7-PyMAPK5为诱饵蛋白载体,利用共转化方法,从文库中筛选得到26个与PyMAPK5互作的候选蛋白。候选蛋白集中在光系统II相关蛋白、捕光蛋白、微管蛋白、ATP酶、GTP结合蛋白及假设蛋白等。微管蛋白、捕光蛋白、光系统II蛋白一对一验证结果为阳性,表明在酵母体内存在互作。本研究为阐明条斑紫菜PyMAPK5与其互作蛋白的关系及解析PyMAPK5下游作用机制奠定了基础。     

福建海区条斑紫菜的栽培试验

本文报告了对采集自福建自然海区的条斑紫菜进行的2a栽培试验。结果表明，条斑紫菜壳孢子的放散时间比坛紫菜迟1－1．5个月；壳孢子放散延续时间比坛紫菜长；放散高峰期间出现在11月中旬；骤然降温可以促进壳孢子集中放散；单孢子放散以水温20℃左右较佳。莆田及其以北海区可能比厦门更适宜栽培条斑紫菜。     

条斑紫菜对无机碳的利用

于１９９８年３月在青岛太平角采集条斑紫菜,在室内光照强度为１２０μＥ／（ｍ~２·ｓ）的培养架上培养,通过测定其光合作用引起密闭海水体系ｐＨ值及无机碳浓度的变化,借助于各种无机碳利用的抑制剂（Ａｚ、Ｖａｎ、ＤＩＤＳ、ＳＩＴＳ）对其无机碳利用机制进行了研究。结果表明,（１）条斑紫菜可间接吸收ＨＣＯ~（－）_（３）。胞外碳酸醉酶（ＣＡ）催化ＨＣＯ~（－）_（３）水解成ＣＯ_２扩散进入胞内是条斑紫菜无机碳利用的主要形式,占全部无机碳利用的７３％以上。Ａｚ是胞外ＣＡ的抑制剂,可直接检测胞外ＣＡ的存在,它不能透过细胞膜。（２）条斑紫菜可依赖于细胞膜上ＡＴＰ酶对ＨＣＯ~（－）_（３）直接转运。但未发现带Ⅲ蛋白（ｂａｎｄ ３ Ｐｒｏｔｅｉｎ）及 Ｎａ~＋／ＨＣＯ_（３）~（－）协同转运系统的参与。（３）条斑紫菜ｐＨ值补偿点为９．８３,ＣＯ_２补偿点为０．０４μｍｏｌ／Ｌ。     

条斑紫菜外生细菌的遗传多样性

为研究藻际微生物多样性与紫菜健康养殖的关系,从江苏南通(养殖)、山东青岛(野生)、浙江温州(养殖)三地的条斑紫菜叶状体和江苏东台条斑紫菜贝壳丝状体及其周围的海水样品中分离了条斑紫菜外生细菌。根据菌落特征和菌体形态将获得的63株细菌分为21种表型。16SrDNA-V3片段DGGE分析结合序列测序比对结果表明:这些菌株与假交替单孢菌(Pseudoalteromonas)、嗜冷单胞菌(Psychrobacter)和芽孢杆菌(Bacillus)等10属相应菌株具有较高的同源性。通过对条斑紫菜外生细菌区系多样性分析得出:条斑紫菜藻体外生细菌组成与生活环境相关,但不同于周围海水细菌群落;不同来源(地点)、不同生理状况(健康与病烂)和不同生长阶段(叶状体和丝状体)的条斑紫菜外生菌种群组成差异较大。许多外生细菌对常见测试菌、海水养殖动物致病菌和人致病菌具有抑菌活性,其抑菌特点与紫菜生理性状相关。从健康条斑紫菜样品分离的外生菌中假交替单孢菌占优势,病烂紫菜未分离到假交替单孢菌,提示假交替单孢菌可能与紫菜健康生长有密切关系。     

条斑紫菜叶状体DNA的高效制备

探索优化研磨条斑紫菜叶状体提取DNA的条件,建立一套简单、快速、高效的高通量研磨破碎方法。钢珠研磨80s时的破碎效果与液氮研磨破碎效果相近,因此选用80s作为研磨时间。利用2种样品材料(干燥和新鲜)、4种研磨介质(钢珠Φ2.3mm、陶瓷珠Φ1mm、石英砂0.270~0.707mm和玻璃珠Φ0.5mm)、3个研磨介质体积梯度(0.1、0.2和0.3mL)设计研磨实验。结果发现,钢珠的破碎效果最好,玻璃珠的破碎效果最差;石英砂和玻璃珠组研磨干燥材料所得DNA完整性最好,4种研磨介质研磨新鲜材料所得DNA出现了降解,钢珠和陶瓷珠研磨干燥材料所得DNA降解最严重;研磨介质的体积对样品的破碎程度、DNA得率和DNA质量没有显著性影响;4种研磨介质研磨干燥和新鲜材料所提DNA的纯度均较高。80s的研磨实验中显示,钢珠组能有效的破碎干燥和新鲜材料,获得DNA的纯度和得率都比较高,但是DNA出现了降解。在此基础上设置了0.2mL钢珠研磨干燥和新鲜材料5~40s的时间梯度。实验结果显示,钢珠在5~40s时均能有效的破碎干燥、新鲜2种样品材料。干燥材料研磨5~40s时,DNA有明显的主条带,DNA得率随着研磨时间的延长有所增加,DNA质量较好,且能用于限制性内切酶酶切实验;新鲜材料研磨5~40s时,DNA有明显的主条带,DNA得率没有显著性差异,DNA质量较好,也能用于限制性内切酶酶切实验。所以本文认为破碎干燥和新鲜2种样品材料制备高质量条斑紫菜DNA的最佳条件为:研磨介质为0.2mL钢珠、研磨速度为6 800r/min、研磨时间为5s。     

牙鲆FEL1基因的表达及功能分析

凝集素(Lectin)是一类能与糖进行非共价可逆结合的蛋白质,具有凝集细胞和聚糖的作用。在牙鲆的集约化养殖过程中,会面临许多病原微生物的入侵,造成大量的经济损失,研究表明鱼卵凝集素(Fish egg lectin)是凝集素超家族中的一员,在硬骨鱼的抗菌免疫反应中发挥作用。在本研究中,克隆验证了牙鲆FEL1基因(Fish egg lectin 1,PoFEL1),其中开放阅读框(Open reading frame, ORF)为675 bp,编码224个氨基酸,蛋白分子量为24.8 kDa。PoFEL1组织表达分析显示,PoFEL1在卵巢、肠以及肝脏中的表达量比较高;胚胎发育过程中PoFEL1表达分析显示,在胚胎发育的早期PoFEL1的表达量比较高,随着胚胎的逐渐成熟,其表达量逐渐降低,呈母源性表达。体外细胞刺激实验表明LPS、PGN、Poly(I∶C)和E.tarda刺激牙鲆卵巢细胞系后,PoFEL1的表达上调。利用牙鲆卵巢细胞研究了PoFEL1蛋白的亚细胞定位,证实其分布在细胞质中。用LPS刺激过表达PoFEL1的牙鲆卵巢细胞系,发现细胞因子p38、IL-6和TNF-α的表达显著上调。通过双荧光素酶检测系统发现,过表达PoFEL1能显著上调NF-κB报告基因的表达,从而引起机体的免疫应答,说明PoFEL1对NF-κB通路可能具有调节作用。以上研究结果说明PoFEL1在牙鲆先天性免疫过程中发挥作用。     

坛紫菜藻红蛋白α,β亚基基因的克隆和序列分析

藻胆蛋白(Phycobiliprotein,PBP)是原核藻类和真核藻类进行光合作用的捕光色素蛋白,占藻体干重的2%左右,主要分为3类:藻红蛋白(phycoer-ythrin,PE)、藻蓝蛋白(phycocyanin,PC)和别藻蓝蛋白(allophycocyanin,APC)[1].藻胆蛋白一般由α亚基和β亚基组成,部分藻胆蛋白中还存在γ亚基.一般由α和β亚基形成稳定的单体(αβ),再由单体聚合为多聚体(αβ)_n.从蓝藻和红藻中分离的藻胆蛋白为三聚体(αβ)₃或六聚体(αβ)₆[2].     

中国坛紫菜和条斑紫菜中的氨基酸组成和营养价值的研究

关于紫菜氨基酸组成和食用价值已有报道,伹不够详细;对紫菜质量等级的划分,目前仍根据收割时间和外观来评级,缺乏科学依据。本文报道了我国养殖的条斑紫菜和坛紫菜的氨基酸组成和营养价值。并结合养殖地点、采集时间、采集次数以及加工方法进行了初步讨论。