摘" 要:為探究感覺神經(jīng)元膜蛋白(sensory neuron membrane protein, SNMP)在番茄潛葉蛾(Tuta absoluta Meyrick)中的功能,本研究利用BLAST和HMMER方法在番茄潛葉蛾基因組中鑒定SNMP基因,通過RT-PCR擴增獲得該基因的cDNA序列,運用生物信息學(xué)方法進行基因結(jié)構(gòu)、理化性質(zhì)、空間結(jié)構(gòu)和進化關(guān)系等分析,并通過qRT-PCR技術(shù)檢測SNMP基因在番茄潛葉蛾不同組織中的表達模式。結(jié)果顯示:在番茄潛葉蛾中共鑒定到2個SNMP基因(TabsSNMP1和TabsSNMP2),其基因序列長度分別為47 817、41 859 bp,開放閱讀框長度分別為1572、1560 bp,分別編碼523、519個氨基酸;預(yù)測的蛋白質(zhì)分子量分別為58.64、57.94 kDa,等電點分別為7.54、6.72??臻g結(jié)構(gòu)分析表明,這2個蛋白質(zhì)均含有2個跨膜結(jié)構(gòu)域和1個大的胞外環(huán)狀結(jié)構(gòu)。系統(tǒng)發(fā)育樹顯示,TabsSNMP1與亞洲玉米螟(Ostrinia furnacalis)OfurSNMP1和二化螟(Chilo suppressalis)CsupSNMP1親緣關(guān)系較近,而TabsSNMP2與棉紅鈴蟲(Pectinophora gossypiella)PgosSNMP2親緣關(guān)系最近。組織表達譜結(jié)果表明,TabsSNMP1和TabsSNMP2在雌雄蟲觸角中高表達,且雄蟲觸角中的表達量顯著高于雌蟲觸角,表明二者可能與雄蟲識別性信息素有關(guān)。本研究結(jié)果為番茄潛葉蛾SNMP基因功能的深入研究提供重要的理論依據(jù)。
關(guān)鍵詞:番茄潛葉蛾;感覺神經(jīng)元膜蛋白;基因克隆;生物信息學(xué)分析;組織表達譜中圖分類號:Q966;S433 nbsp;""""文獻標(biāo)志碼:A
Identification and Characteristic Analysis of the SNMP Genes in Tuta absoluta (Lepidoptera: Gelechiidae)
FU Shuhui, WANG Xuebo, YU Jianing, ZHAO Zhe, ZHAO Wanqing, SHI Xiaojing, ZHANG He*
Department of Biology, Xinzhou Normal University, Xinzhou, Shanxi 034000, China
Abstract: To investigate the function of the sensory neuron membrane protein (SNMP) in the tomato leafminer Tuta absoluta, the SNMP genes were identified at the whole genome level using BLAST and HMMER homology search approaches. Full-length cDNA sequences of TabsSNMPs were obtained by RT-PCR, followed by comprehensive bioinformatics analyses to characterize the gene structures, physicochemical properties, spatial structures, and phylogenetic relationships. Furthermore, the expression patterns of TabsSNMPs in different tissues were detected by qRT-PCR. The results showed that there were two SNMP genes in T. absoluta, namely TabsSNMP1 and TabsSNMP2. The gene sequence lengths were 47 817 bp and 41 859 bp, respectively, with open reading frames (ORFs) of 1572 bp and 1560 bp, encoding 523 and 519 amino acids, respectively. The predicted protein molecular weights were 58.64 kDa and 57.94 kDa, and the isoelectric point were 7.54 and 6.72, respectively. The structural modeling indicated that both proteins contained two transmembrane regions and a large extracellular loop. The phylogenetic tree suggested that TabsSNMP1 clustered with Ostrinia furnacalis OfurSNMP1 and Chilo suppressalis CsupSNMP1, while TabsSNMP2 formed a clade with Pectinophora gossypiella PgosSNMP2. Tissue expression profiles showed that TabsSNMP1 and TabsSNMP2 were highly expressed in the antennae of both sexes, with significantly higher expression in male antennae, suggesting the involvement in male-specific sex pheromone recognition. Our findings would provide a theoretical basis for further study of the SNMP genes function in T. absoluta.
Keywords: Tuta absoluta Meyrick; sensory neuron membrane protein; gene cloning; bioinformatics analysis; tissue expression profiles
DOI: 10.3969/j.issn.1000-2561.2025.08.003
番茄潛葉蛾(Tuta absoluta Meyrick),屬鱗翅目(Lepidoptera)麥蛾科(Gelechiidae),是一種極具破壞力的世界性入侵害蟲。該昆蟲原產(chǎn)于南美洲,現(xiàn)已擴散至歐洲、亞洲、非洲和美洲等的100多個國家和地區(qū)[1-2],對全球番茄產(chǎn)業(yè)造成巨大的經(jīng)濟損失,嚴(yán)重時可導(dǎo)致番茄減產(chǎn)80%~100%[3-4]。我國于2017年8月在新疆伊犁首次發(fā)現(xiàn)番茄潛葉蛾,隨后在云南、貴州、四川、廣西、重慶、湖北、湖南、山西等多地相繼監(jiān)測到該害蟲的發(fā)生和危害[5-6]。當(dāng)前,番茄潛葉蛾呈現(xiàn)持續(xù)擴散和局部暴發(fā)的態(tài)勢,對我國番茄產(chǎn)業(yè)的安全和發(fā)展構(gòu)成了嚴(yán)重威脅[2, 7]。因此,探索高效安全的番茄潛葉蛾防治方法和策略尤為緊迫。
昆蟲主要依賴靈敏的嗅覺系統(tǒng)尋找寄主植物、產(chǎn)卵地點、配偶以及躲避天敵[8]。番茄潛葉蛾通過嗅覺辨別寄主植物揮發(fā)物和非寄主植物揮發(fā)物從而定位寄主植物和產(chǎn)卵地點[9-11];雄蛾依賴嗅覺識別性信息素主要成分(3E, 8Z, 11Z)-十四碳三烯乙酸酯和次要成分(3E, 8Z)-十四碳烯醇乙酸酯進行求偶和交配[12-14]。因此,識別這些特異性的信息化學(xué)物質(zhì)對番茄潛葉蛾的生存、繁殖和擴散起著至關(guān)重要的作用。參與昆蟲嗅覺識別的蛋白質(zhì)主要包括氣味結(jié)合蛋白(odorant binding protein, OBP)、化學(xué)感受蛋白(chemosensory protein, CSP)、氣味受體(odorant receptor, OR)、離子型受體(ionotropic receptor, IR)以及感覺神經(jīng)元膜蛋白(sensory neuron membrane protein, SNMP)等[15-17]。研究昆蟲嗅覺相關(guān)蛋白的功能及識別機制,有助于開發(fā)針對性的引誘劑或趨避劑,為入侵害蟲的監(jiān)測和防治提供新策略。
SNMP位于昆蟲嗅覺感覺神經(jīng)元(olfactory sensory neurons, OSNs)膜上,是一種雙跨膜蛋白質(zhì),在多肽鏈的N端和C端分別具有1個跨膜區(qū)域,在分子進化上與脊椎動物CD36基因家族同源[18-20]。已有研究表明,SNMP在昆蟲識別氣味物質(zhì)的過程中發(fā)揮著重要的作用。DmelSNMP1是黑腹果蠅(Drosophila melanogaster Meigen)感受性信息素順-11-醋酸乙烯酯必不可少的蛋白質(zhì),如果SNMP1缺失將會導(dǎo)致信號激活和終止的延遲[21-23]。另外,在家蠶(Bombyx mori Linnaeus)[24]、棉鈴蟲(Helicoverpa armigera Hübner)[25]和紅棕象甲(Rhynchophorus ferrugineus Olivier)[26]等昆蟲中也發(fā)現(xiàn)了類似的實驗結(jié)果,證明了SNMP在昆蟲嗅覺識別中的關(guān)鍵作用。然而,目前尚未見國內(nèi)外關(guān)于番茄潛葉蛾SNMP基因的研究報道。
本研究基于番茄潛葉蛾基因組數(shù)據(jù),通過BLAST同源比對和隱馬爾可夫模型HMMER分析對番茄潛葉蛾中的SNMP基因家族進行鑒定,利用RT-PCR技術(shù)擴增其cDNA序列進行驗證,并使用生物信息學(xué)方法分析其基因結(jié)構(gòu)、理化性質(zhì)、空間結(jié)構(gòu)以及系統(tǒng)進化關(guān)系,最后采用qRT-PCR檢測SNMP基因在不同組織中的表達模式,為進一步研究番茄潛葉蛾SNMP的功能提供理論參考,也為基于嗅覺干擾的新型害蟲防治技術(shù)的研發(fā)提供潛在分子靶標(biāo)。
1.1" 材料
1.1.1" 供試?yán)ハx" 本試驗所用蟲源于2022年5月采自山西省忻州市忻府區(qū)番茄大棚,隨后在忻州師范學(xué)院生物系養(yǎng)蟲室內(nèi)使用50 cm×50 cm×50 cm的養(yǎng)蟲籠進行繼代飼養(yǎng)?;\內(nèi)放置新鮮番茄苗,供幼蟲取食和成蟲產(chǎn)卵,并根據(jù)葉片受損程度及時更換寄主植物。飼養(yǎng)條件為:溫度(25±1)℃,相對濕度60%~75%、光周期14 L∶10 D。選取羽化3 d的番茄潛葉蛾雌雄成蟲,將其置于解剖鏡下,分別剪取觸角(200只)、頭(無觸角,50只)、胸(30只)、腹(20只)、足(50只)和翅(100只),然后立即浸入液氮中速凍,以便用于后續(xù)試驗。每個組織樣品均重復(fù)采樣3次。
1.1.2" 主要試劑 "RNAiso Easy總RNA提取試劑盒、Ex Taq DNA聚合酶、DNA Ligation Kit Ver.2.1 DNA連接試劑盒、克隆載體T-Vector pMD?19 (Simple)和E. coli DH5α Competent Cells大腸桿菌感受態(tài)細胞、熒光定量PCR試劑盒TB Green Premix Ex Taq II (Tli RNaseH Plus)和反轉(zhuǎn)錄試劑盒PrimeScript reagent Kit with gDNA Eraser (Perfect Real Time)購自TaKaRa公司;M-MuLV第一鏈cDNA合成試劑盒、DL2000、SanPrep柱式DNA膠回收試劑盒和瓊脂糖購自生工生物工程(上海)股份有限公司;其他試劑均為國產(chǎn)分析純。
1.2 "方法
1.2.1" 番茄潛葉蛾SNMP基因的鑒定與克隆驗證" 從NCBI數(shù)據(jù)庫(https://www.ncbi.nlm.nih.gov/ datasets/genome/GCA_027580185.1/)下載番茄潛葉蛾的基因組數(shù)據(jù)、氨基酸序列和注釋信息(登錄號:ASM2758018v1)。選取已報道的黑腹果蠅、棉鈴蟲、家蠶、小菜蛾(Plutella xylostella Linnaeus)、甜菜夜蛾(Spodoptera exigua Hübner)、二化螟(Chilo suppressalis Walker)和雙委夜蛾(Athetis dissimilis Hampson)的SNMP氨基酸序列作為參考序列,使用BLAST方法在番茄潛葉蛾氨基酸數(shù)據(jù)庫中進行同源比對,設(shè)定閾值為E≤10–5,篩選出候選基因。同時,從Pfam(http://pfam.xfam.org/)數(shù)據(jù)庫下載SNMP的隱馬爾可夫模型(PF01130),使用HMMER軟件搜索番茄潛葉蛾蛋白質(zhì)數(shù)據(jù)庫中的SNMP序列(Plt;0.001)。將上述2種方法得到的SNMP序列合并,去除重復(fù)和冗余序列后,提交至CDD和SMART數(shù)據(jù)庫,根據(jù)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)域信息初步判定為SNMP基因,最后通過RT-PCR方法驗證。
選取羽化3 d的番茄潛葉蛾雌、雄成蟲各10頭,在液氮中充分研磨,按照RNAiso Easy試劑盒說明書提取總RNA,然后通過1%的瓊脂糖凝膠電泳和核酸蛋白測定儀分別檢測總RNA的完整性和濃度,確保RNA質(zhì)量合格。使用M-MuLV試劑盒將檢驗合格的RNA反轉(zhuǎn)錄為cDNA。利用Primer Premier 5.0軟件設(shè)計番茄潛葉蛾TabsSNMPs基因的特異性引物(表1),進行PCR擴增。PCR反應(yīng)體系為:cDNA模板2 μL,上下游引物各2 μL(10 μmol/L),Ex Taq DNA聚合酶混合液25 μL,ddH2O補至50 μL。PCR反應(yīng)條件為:94"℃ 5 min;94"℃ 30 s,58"℃(TabsSNMP1)或53"℃(TabsSNMP2)1 min,72"℃ 90 s,35個循環(huán);72"℃ 10 min。PCR產(chǎn)物經(jīng)1%瓊脂糖凝膠電泳檢測,膠回收的片段與T-Vector pMD?19(Simple)載體連接,然后轉(zhuǎn)化至DH5α感受態(tài)中,挑取陽性克隆培養(yǎng)過夜,送至生工生物工程(上海)股份有限公司進行測序。
1.2.2 "生物信息學(xué)分析 "通過番茄潛葉蛾基因組注釋文件獲得SNMP的基因結(jié)構(gòu)信息,利用Gene Structure Display Server 2.0(https://gsds.gao-lab.org/)在線軟件繪制SNMP的基因結(jié)構(gòu)圖;利用SignalP 5.0(https://services.healthtech.dtu.dk/ser-vices/SignalP-5.0/)在線軟件分析信號肽;利用Expasy ProtParam(https://web.expasy.org/protpar-am/)在線軟件預(yù)測蛋白質(zhì)的相對分子量、理論等電點、不穩(wěn)定指數(shù)和總平均疏水性;使用blast-CD-Search(https://www.ncbi.nlm.nih.gov/ Structure/cdd/wrpsb.cgi)在線軟件搜索蛋白質(zhì)的保守結(jié)構(gòu)域;通過MEME(https://meme-suite.org/ meme/tools/meme)在線軟件尋找蛋白質(zhì)的保守基序;采用WOLFPSORT(https://wolfpsort.hgc.jp/)在線軟件對蛋白質(zhì)的亞細胞定位進行分析;采用TMHMM 2.0(https://services.healthtech.dtu.dk/ services/TMHMM-2.0/)在線軟件預(yù)測蛋白質(zhì)的跨膜區(qū)域;利用NetOGlyc 1.0(https://services. healthtech.dtu.dk/service.php?NetNGlyc-1.0)在線軟件進行蛋白質(zhì)的N-連接的糖基化位點預(yù)測;使用YinOYang 1.2 Server(https://services.health-tech.dtu.dk/services/YinOYang-1.2/)在線軟件進行蛋白質(zhì)的O-連接的糖基化位點預(yù)測;采用NetPhos 3.1(https://services.healthtech.dtu.dk/ service.php? NetPhos-3.1)在線軟件預(yù)測蛋白質(zhì)的磷酸化位點;采用SOPMA(https://npsa.lyon. inserm.fr/cgi-bin/npsa_automat.pl?page=/NPSA/np-sa_sopma.html)在線軟件預(yù)測蛋白質(zhì)的二級結(jié)構(gòu);通過trRosetta(https://yanglab.qd.sdu.edu.cn/trRo-setta/)在線軟件模擬蛋白質(zhì)的三級結(jié)構(gòu);采用MEGA 7.0軟件的最大似然法對蛋白質(zhì)的氨基酸序列進行1000次重復(fù)分析,構(gòu)建系統(tǒng)進化樹。
1.2.3" 表達譜分析" 使用RNAiso Easy試劑盒分別提取番茄潛葉蛾雌雄成蟲不同組織(觸角、無觸角的頭、胸、腹、足和翅)的總RNA,通過PrimeScript reagent Kit with gDNA Eraser(Perfect Real Time)試劑反轉(zhuǎn)錄合成cDNA。熒光定量PCR反應(yīng)體系為20 μL,其中cDNA 2 μL,TB Green qPCR預(yù)混液10 μL,上游引物0.4 μL,下游引物 0.4 μL,ddH2O 7.2 μL。反應(yīng)條件為:95"℃預(yù)變性1 min;95"℃變性10 s,60"℃退火30 s,共40個循環(huán)。每個樣品進行3次生物學(xué)重復(fù),每次生物學(xué)重復(fù)進行3次技術(shù)重復(fù)。番茄潛葉蛾SNMP基因在不同組織中的相對表達量采用2–DDCt計算,使用SPSS17.0軟件中單因素方差分析(one-way analysis of variance, ANOVA)中的Tukey’s honest significant difference(HSD)進行差異顯著性分析。
2.1 "番茄潛葉蛾SNMP基因家族成員鑒定及基因結(jié)構(gòu)分析
經(jīng)BLAST比對和HMMER搜索,在番茄潛葉蛾基因組中共鑒定到2個SNMP基因,并通過RT-PCR方法,成功獲得了這2個基因的cDNA序列,分別命名為TabsSNMP1和TabsSNMP2。將TabsSNMPs的cDNA序列與其基因序列比對,利用GSDS網(wǎng)站繪制番茄潛葉蛾SNMPs的結(jié)構(gòu)圖譜(圖1)。結(jié)果顯示,TabsSNMP1基因全長47 817 bp,含有10個內(nèi)含子,內(nèi)含子堿基數(shù)顯著多于外顯子堿基數(shù);TabsSNMP2基因全長41 859 bp,含有9個內(nèi)含子,其內(nèi)含子堿基數(shù)同樣多于外顯子堿基數(shù)。
2.2" 番茄潛葉蛾SNMP基因的理化性質(zhì)
番茄潛葉蛾TabsSNMP1基因的CDS區(qū)長度為1572 bp,編碼523個氨基酸,蛋白質(zhì)分子量為58.64 kDa,等電點為7.54;TabsSNMP2 CDS區(qū)長度為1560 bp,編碼519個氨基酸,蛋白質(zhì)分子量為57.94 kDa,等電點為6.72。TabsSNMP1不穩(wěn)定系數(shù)為27.56,小于40,為穩(wěn)定蛋白質(zhì);TabsSNMP2不穩(wěn)定系數(shù)為42.77,大于40,為不穩(wěn)定蛋白質(zhì)。TabsSNMP1和TabsSNMP2總平均疏水性均為負值,為親水性蛋白質(zhì),氨基酸序列中存在8個半胱氨酸殘基(Cys),氨基端均無信號肽(表2)。
2.3" 番茄潛葉蛾SNMP基因的保守結(jié)構(gòu)域和保守基序
使用blast-CD-Search對番茄潛葉蛾SNMP基因的保守結(jié)構(gòu)域進行分析,結(jié)果顯示,2個TabsSNMP均具有CD36 superfamily結(jié)構(gòu)域,該結(jié)構(gòu)域在各種信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑中發(fā)揮作用。進一步通過MEME軟件分析其保守基序,發(fā)現(xiàn)這2個TabsSNMP均具有8個保守的基序(圖2)。這些基序的排列順序呈現(xiàn)出規(guī)律性,均為Motif 1-7-8-2-5-3-4-6,其中motif 1和motif 7所包含的氨基酸數(shù)量最多。
2.4" 番茄潛葉蛾SNMP的亞細胞定位預(yù)測
亞細胞定位結(jié)果顯示TabsSNMP1分布范圍較廣,主要集中分布于細胞質(zhì)膜,在微粒體、線粒體、過氧化物酶體、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、溶酶體和胞外也有少量分布;TabsSNMP2主要分布于細胞質(zhì)膜,內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和溶酶體中少量分布。
2.5" 番茄潛葉蛾SNMP修飾位點預(yù)測
TabsSNMP1有35個潛在的磷酸化位點(表3),其中絲氨酸、蘇氨酸和酪氨酸磷酸化位點分別為16個、13個和6個;TabsSNMP2有43個潛在的磷酸化位點,其中絲氨酸、蘇氨酸和酪氨酸磷酸TabsSNMPs均存在N-連接和O-連接的糖基化位點(表3)。TabsSNMP1有3個N-連接的糖基化位點(Asn67、Asn229和Asn440)和3個O-連接的糖基化位點(Thr238、Ser487和Thr522);TabsSNMP2有5個N-連接的糖基化位點(Asn67、Asn104、Asn166、Asn228和Asn271)和4個O-連接的糖基化位點(Ser20、Ser323、Thr405和Ser514)。
2.6 "番茄潛葉蛾SNMP的二級結(jié)構(gòu)預(yù)測
二級結(jié)構(gòu)預(yù)測結(jié)果顯示(圖3),TabsSNMP1的149個氨基酸構(gòu)成α-螺旋,占比28.49%,111個氨基酸構(gòu)成β-折疊,占比21.22%,263個氨基酸構(gòu)成無規(guī)則卷曲,占比50.29%;TabsSNMP2的162個氨基酸構(gòu)成α-螺旋,占比31.21%,112個氨基酸構(gòu)成β-折疊,占比21.58%,229個氨基酸構(gòu)成無規(guī)則卷曲,占比44.12%。由此可見,番茄潛葉蛾SNMP的二級結(jié)構(gòu)主要由無規(guī)則卷曲構(gòu)成,α-螺旋和β-折疊貫穿其中。
2.7" 番茄潛葉蛾SNMP的三級結(jié)構(gòu)預(yù)測分析
三級結(jié)構(gòu)預(yù)測顯示,番茄潛葉蛾TabsSNMP1和TabsSNMP2在N端和C端均含有1個由α-螺旋構(gòu)成的跨膜區(qū)域(N端和C端均分布于細胞膜內(nèi)側(cè))以及1個大的胞外環(huán)結(jié)構(gòu),表明這2個SNMPs都屬于跨膜蛋白質(zhì)(圖4)。TabsSNMP1第9-31位氨基酸為N端跨膜區(qū)域,第32~456位氨基酸構(gòu)成胞外環(huán)結(jié)構(gòu),第457~479位氨基酸為C端跨膜區(qū)域;TabsSNMP2第7~29位氨基酸為N端跨膜區(qū)域,第30~467位氨基酸為胞外環(huán)結(jié)構(gòu),第468~490位氨基酸為C端跨膜區(qū)域。2個SNMP蛋白的胞外環(huán)結(jié)構(gòu)主要是由β-折疊形成的桶狀核心區(qū)和少量位于核心區(qū)外圍的α-螺旋構(gòu)成。此外,每個TabsSNMP的胞外環(huán)結(jié)構(gòu)中存在8個保守的半胱氨酸殘基,這些半胱氨酸殘基兩兩之間形成4對二硫鍵,維持蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)及其穩(wěn)定性。
2.8 "番茄潛葉蛾SNMP系統(tǒng)進化分析
使用MEGA 7.0軟件對番茄潛葉蛾TabsSNMPs的氨基酸序列與已報道的其他鱗翅目昆蟲SNMPs氨基酸序列構(gòu)建系統(tǒng)發(fā)育樹,結(jié)果顯示,所有選取的鱗翅目昆蟲SNMPs均被分成2個不同的大分支,番茄潛葉蛾TabsSNMP1和TabsSNMP2分別位于這2個大分支上(圖5)。其中,TabsSNMP1與亞洲玉米螟(Ostrinia furnacalis Guenée)OfurSNMP1和二化螟CsupSNMP1在進化樹上聚為一個分支,TabsSNMP2與棉紅鈴蟲(Pectinophora gossypiella Saunders)PgosSNMP2聚為同一分支,說明彼此親緣關(guān)系最近。
2.9 "番茄潛葉蛾SNMP基因組織表達譜特征
熒光定量結(jié)果顯示,番茄潛葉蛾TabsSNMP1和TabsSNMP2在雌雄成蟲的觸角中表達量最高,雄蟲觸角中的表達量顯著高于雌蟲觸角(圖6)。除觸角外,TabsSNMP1在其他組織中幾乎不表達。TabsSNMP2除在觸角中表達量高外,在足和翅中也有少量表達。
本研究從番茄潛葉蛾基因組中鑒定到2個SNMP基因,通過RT-PCR技術(shù)獲得其完整開放閱讀框,并利用生物信息學(xué)軟件對其基因結(jié)構(gòu)、理化性質(zhì)及空間結(jié)構(gòu)等進行分析。結(jié)果顯示,番茄潛葉蛾TabsSNMPs在氨基酸水平上與其它昆蟲SNMPs具有較高的同源性,序列中均存在8個保守的半胱氨酸殘基,其N端和C端各含有1個跨膜結(jié)構(gòu)域,二者由1個大的胞外環(huán)結(jié)構(gòu)連接,均符合昆蟲CD36基因家族的典型特征[27-28]。
蛋白質(zhì)從合成到功能實現(xiàn)需經(jīng)歷復(fù)雜的生化過程,起始于mRNA翻譯成多肽鏈,然后折疊形成特定的空間結(jié)構(gòu),最終轉(zhuǎn)運至功能執(zhí)行部位,在此過程中,糖基化和磷酸化等翻譯后修飾對蛋白質(zhì)功能至關(guān)重要[29-30]。本研究發(fā)現(xiàn),番茄潛葉蛾TabsSNMPs均具有糖基化修飾位點和磷酸化位點。其中,糖基化可能通過修飾特定氨基酸協(xié)助SNMP識別親脂性氣味分子,而磷酸化位點可能作為“分子開關(guān)”,通過可逆修飾調(diào)控蛋白質(zhì)的活性,從而完成嗅覺信號轉(zhuǎn)導(dǎo)[31-32]。此外,TabsSNMPs的糖基化位點和磷酸化位點集中分布在胞外環(huán)結(jié)構(gòu)區(qū)域,這為SNMP嗅覺感受功能的實現(xiàn)提供了結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)。
蛋白質(zhì)的三維空間結(jié)構(gòu)和位置對其功能起決定性的作用。番茄潛葉蛾TabsSNMPs二級結(jié)構(gòu)主要由無規(guī)則卷曲構(gòu)成,其次為α-螺旋和β-折疊;三級結(jié)構(gòu)更為直觀地顯示這2個蛋白質(zhì)由無規(guī)則卷曲、α-螺旋和β-折疊形成跨膜蛋白質(zhì),這與已報道的雙委夜蛾和杜仲夢尼夜蛾(Orthosia songi Chen et Zhang)等昆蟲SNMPs結(jié)構(gòu)類似[28, 33],均符合CD36基因家族的空間結(jié)構(gòu)特征。TabsSNMPs的N端和C端跨膜區(qū)域是由α-螺旋組成,胞外環(huán)結(jié)構(gòu)主要由大量反向平行的β-折疊和少量α-螺旋組成,該區(qū)域是SNMP的功能核心區(qū),能夠捕獲細胞外的氣味分子,進而傳遞給氣味受體。亞細胞定位結(jié)果顯示,TabsSNMP1和TabsSNMP2主要分布于細胞質(zhì)膜上,揭示其可能作為跨膜受體直接參與外界信息物質(zhì)的識別與信號轉(zhuǎn)導(dǎo)。
已有研究表明昆蟲SNMP基因家族僅有SNMP1和SNMP2兩個成員。但近期研究發(fā)現(xiàn),鱗翅目中存在第3個成員SNMP3[24];而在鞘翅目中,基于進化樹、序列特征和基因結(jié)構(gòu),SNMPs甚至可以劃分為4個亞家族[34]。這表明不同昆蟲中SNMPs的數(shù)量和功能可能不同。本研究僅在番茄潛葉蛾中鑒定到2個SNMP基因,即進化樹顯示的SNMP1和SNMP2兩個分支,推測SNMP3可能在該物種中缺失或者低表達。鱗翅目昆蟲的3個SNMP成員具有功能分化:SNMP1主要分布在雌雄蟲觸角,具有識別信息素的功能[21, 35];SNMP2廣泛分布于各組織,通過清除信息物質(zhì)維持嗅覺敏感性[36-37];SNMP3則可能參與昆蟲對病原菌的免疫反應(yīng)[24]。本研究發(fā)現(xiàn),TabsSNMP1和TabsSNMP2在番茄潛葉蛾嗅覺器官觸角中大量表達。根據(jù)基因功能與表達部位密切相關(guān)的原則,這2個基因可能在成蟲嗅覺感受中發(fā)揮作用。值得注意的是,TabsSNMP1和TabsSNMP2在雄蟲觸角中的表達量顯著高于雌蟲,這與小地老虎Agrotis ipsilon Rottemberg[38]、稻縱卷葉螟Cnap-halocrocis medinalis Guenee[39]和雙委夜蛾[33] SNMP1-2的表達模式相似。鑒于小地老虎AipsSNMP1-2定位在對性信息素敏感的毛形感器中[38],故而推測番茄潛葉蛾TabsSNMPs可能特異性參與性信息素的感知。
綜上,本研究鑒定到番茄潛葉蛾2個SNMP基因,并系統(tǒng)分析了其基因特征、結(jié)構(gòu)特征、進化關(guān)系及組織表達特征,揭示了二者在嗅覺信號轉(zhuǎn)導(dǎo)中的潛在作用,為后續(xù)功能研究和害蟲防控策略的開發(fā)提供理論依據(jù)。
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