全 文 :J.SHANXI AGRIC.UNIV.(Natural Science Edition)
学报(自然科学版)2014,34(4) 003154
收稿日期:2014-04-01 修回日期:2014-04-29
作者简介:张利军(1974-),女(汉),山西大同人,博士,副教授,研究方向:昆虫分类与有害生物综合治理。
通讯作者:曹挥,教授,硕士生导师。Tel:0354-6288344;E-mail:Liusq71@163.com
基金项目:山西省留学人员重点科研资助项目(2013-重点6);中原区核桃高效生产关键技术研究与示范(2003BAD14B0102)
地肤子提取物毒杀螨的蛋白组双向电泳分析
张利军1,王海香2,李生才1,李玲1,曹挥1
(1.山西农业大学 农学院,山西 太谷030801;2.山西农业大学 林学院,山西 太谷030801)
摘 要:山楂叶螨是一种世界性的重要害螨,地肤子提取物对其有很好的杀螨活性。本文通过2-DE技术分析了1mg·
mL-1地肤子提取物处理后山楂叶螨蛋白质表达的变化。结果表明,处理组和对照的蛋白双向电泳银染图谱Pattern
非常相似,对照胶和处理胶平均匹配率分别为43.8%和42.3%,对照胶有蛋白点1139±102个,处理胶有蛋白点1183
±106个,这些蛋白多数集中于等电点5.0~9.0之间,分子量20~70ku的区域。通过PD-QUEST软件搜索和数据
的统计分析,发现地肤子提取物触杀山楂叶螨会引起蛋白显著性变化(P<0.05)。有262±23个蛋白点在表达量上
有显著变化,其中142±13个点是2倍上调的点,另外120±11个点是下调的点,介于两者之间的点有237±21个。
同时处理胶增加322±29个蛋白点,分子量主要集中在30~70ku,等电点集中在pH(5~6)和pH(7.5~9.0)之间。
并推断试验中显著性变化的蛋白有可能是地肤子提取物的靶标蛋白。
关键词:T-DE;地肤子;山楂叶螨;蛋白组
中图分类号:S482.5+2 文献标识码:A 文章编号:1671-8151(2014)04-0320-05
2-DE Proteomic Analysis on Tetranychus cinnabarinus (Boisduval)kiled by Kochia scoparia Ex-
tract
Zhang Lijun1,Wang Haixiang2,Li Shengcai 1,Li Ling1,Cao Hui 1
(1.College of Agriculture,Shanxi Agricultural University,Taigu Shanxi 030801,China;2.College of Forestry,
Shanxi Agricultural University,Taigu Shanxi 030801,China)
Abstract:The mite(Tetranychus viennensis Zacher)is a kind of important pests worldwide,and Kochia scoparia ex-
tracts have acaricidal activity on it.In this thesis,the protein of the mite which was treated by 1mg·mL-1 K.scoparia
extract was analyzed by two-dimensional electrophoresis technology(2-DE).The results shows that the 2-DE silver
staining pattern is very similar between the CK and the treatment,and the average matchingrates of the two groups are
43.8%and 42.3%,respectively.The CK gel has 1139±102protein points while the treatment has 1183±106,and
most of these proteins are concentrated in the isoelectric point of 5~9and the molecular weight of 20~70ku.The
result also shows that the protein of the mite treated by K.scopariaextracts was significantly changed(P<0.05)by
PD-QUEST search and data analysis.There are 262±23protein spots with significant changes in expression,of
which 142±13point is 2fold up regulation of point,in addition to 120±11points down the point,between the two
points is 237±21.At the same time,the treatment increased by 322±29protein spots,and the molecular weight of
the proteins concentrated in 30~70ku and the isoelectric point on pH (5~6)and pH(7.5~9.0).So,we think that
the protein which was significantly changed in the treatment gel may be the target protein of K.scopariaextracts.
Key words:Two-dimensional electrophoresis technology(2-DE);Kochia scoparia;Tetranychus viennensis Zacher;
Proteome
山楂叶螨(Tetranychus viennensis Zacher)属
蛛形纲(Arachnida)螨目(Acariformes)叶螨科(
Tetranychidae),是我国北方果区核桃、苹果、梨、
樱桃、山楂树的主要害螨,常造成叶片枯焦早落,削
DOI:10.13842/j.cnki.issn1671-8151.2014.04.008
弱树势,影响产量[1]。目前,对该螨的控制主要依
赖化学农药,已经产生了严重抗性[2]。
植物源杀虫剂对环境污染小、害虫较难产生抗
药性,对有益生物较安全,还有降低害螨迅速产
生农药抗性的潜能[3]。已有研究表明,瑞香狼毒、
河蒴荛花、牵牛子、旋覆花、砂地柏、百部、苦艾等的
活性成分对成、若螨有较好的防效,有的具有杀卵
活性甚至熏杀毒力,部分混用还有增效作用[4~10]。
地肤子(Kochia scoparia)是藜科1年生草本植
物,俗名扫帚苗、扫帚菜。地肤子提取物有很好的
杀螨活性[11],地肤子提取物处理后,螨体内解毒酶
和消化酶的含量均有所变化[12]。但地肤子活性成
分作用的靶标蛋白区域究竟在哪里,目前尚没有相
关研究。
蛋白质是生命功能的执行体,蛋白质组学在蛋
白水平上定量、动态、整体地研究生物体,阐明生物
体全部蛋白的表达模式及功能模式[13]。通过比较
正常体与病变体,给药前后蛋白图谱的变化,药物
蛋白组学可提供药物作用和药物反应的分子机制
信息[14]。目前蛋白组研究主要是利用双向聚丙烯
酰胺电泳 (Two-dimensional electrophoresis,2-
DE)来分离复杂的蛋白组分。近年来,2-DE被广
泛应用于医学、农业和微生物学等研究领域[15,16]。
在昆虫学研究方面,2-DE应用于碟蛹金小蜂卵黄
蛋白、家蚕雄性附腺及其 Ng突变体蛋白质、抗性
家蝇蛹期蛋白和冈比亚按蚊唾液蛋白[17~20]。在药
物蛋白组学中,2-DE也为定量和定性评价具有不
同表型或基因型的组织细胞之间、正常与病理状
态、给药与不给药时蛋白质表达差异提供了可
能[21]。多项研究结果显示,毒性效应可以通过蛋
白的方式显示出来[22,23]。
蛋白组学研究有害螨报道较少,本文通过2-
DE技术分析给药与不给药时山楂叶螨蛋白质表
达差异,研究药物靶标识别和确认、药物的行为机
理,为开发利用杀虫植物地肤子防治山楂叶螨奠定
理论基础。
1 材料与方法
1.1 供试材料
山楂叶螨来自山西农业大学试验果园核桃树
上饲养的敏感品系,地肤子氯仿提取物由山西农业
大学植物病理实验室提供。
1.2 方法
将供试山楂叶螨分对照组和处理组放在不同的
培养皿内,分别用清水和1mg·mL-1地肤子提取物
喷洒在山楂叶螨体表,5s后吸净体表液体,24h后
用液氮快速冷冻并转移到离心管中,称其重备用。
参照Tal等[24]的方法提取总蛋白,用 Brad-
ford法测定蛋白质浓度,等电聚焦采用胶内加样
法,第一向等电聚焦电泳pH 3~10,线性固化IPG
干胶条长度17cm,蛋白加样量为200μg。SDS-
PAGE分离胶浓度为12.5%,浓缩胶浓度为5%,
电泳后凝胶染色银染色,银染色采用Yan et al.的
方法[25]。图像扫描后用PDQuest 2-DE 8.0.1软
件进行分析。
2 结果与分析
2.1 对照和处理蛋白质组图谱
供试山楂叶螨从培养到双向电泳各重复3次,
供试药剂处理山楂叶螨和对照的蛋白双向电泳银
染图谱如图1所示,其Pattern非常相似。对照胶
得出蛋白点1139±102个,处理胶得出点1183±
106个。这些蛋白点等电点和分子量分布范围广,
但多数集中于等电点5.0~9.0之间,分子量20~
70ku的区域。从对照凝胶中选取一个图谱做蛋
白点匹配实验,使处理凝胶中蛋白点与对照胶中的
对应起来,与对照胶中同一蛋白点相匹配的点为同
一种蛋白质,匹配结果显示两块胶相匹配的蛋白点
为500±45个,对照胶和处理胶平均匹配率分别为
43.8%和42.3%。对照的匹配率稍高于处理胶,
这与把它选做参考胶有关。
2.2 对照和处理蛋白组的表达变化
以对照胶作为参照,通过PD-QUEST软件搜
索和数据的统计分析,发现有262±23个蛋白点在
表达量上有显著变化(P<0.05),其中142±13个
点是2倍上调的点,另外120±11个点是下调的
点,介于两者之间的点有237±21个。与对照相比
处理蛋白组差异表达谱见图2。同时322±29个
点只在处理胶中,其中蛋白点参数(等电点和分子
量)见表1,蛋白点主要集中区如图2中框1所示。
表1显示蛋白分子量主要集中在30~70ku,等电
点集中在pI(5~6)和pI(7.5~9.0)之间。发生变
化的蛋白是中等分子的蛋白,在pI(5~6)区处理
胶明显增加了一些蛋白。
12334(4) 张利军等:地肤子提取物毒杀螨的蛋白组双向电泳分析
图1 供试药剂对山楂叶螨蛋白影响双向凝胶电泳图谱
Fig.1 Comparison of 2-DE maps of T.viennensis Zacher treated by agents
注:两图中间数值是 Maker标记的分子量。
Note:The value in the middle is the molecular weight of Maker markers.
图2 对照和处理叠加的蛋白比较
Fig.2 Comparison of 2-DE maps on superposition of two gels
注:红色点(网络版中)代表对照胶蛋白,绿色点代表处理胶蛋白,粉框代表蛋白明显变化的区域。
Note:Red dots are protein of CK,green dots are protein of treatment.Powder box means protein significantly changing area.
223 山 西 农 业 大 学 学 报(自然科学版) 2014
表1 药剂处理凝胶中增加蛋白质点的参数
Table 1 The parameter of increased protein spots on the treated gel
蛋白索引号
Protein index
分子量/ku
Molecular
weight/ku
等电点
pI
蛋白索引号
Protein index
分子量/ku
Molecular
weight/ku
等电点
pI
蛋白索引号
Protein index
分子量/ku
Molecular
weight/ku
等电点
pI
SSP 7033 12.36 8.96 SSP 7521 35.51 8.77 SSP 0620 51.75 4.89
SSP 6117 14.36 8.49 SSP 8517 35.91 9.47 SSP 1625 52.45 5.43
SSP 8136 15.43 9.25 SSP 5522 37.36 7.83 SSP 3618 52.52 7.06
SSP 8143 17.06 9.48 SSP 1518 37.37 5.74 SSP 0630 52.83 5.41
SSP 8137 17.16 9.32 SSP 6524 37.64 8.45 SSP 0622 53.23 5.25
SSP 3108 17.17 7.18 SSP 3528 37.71 7.22 SSP 6624 53.31 8.61
SSP 8142 17.36 9.47 SSP 9517 38.31 9.54 SSP 4622 53.95 7.68
SSP 9221 17.89 9.63 SSP 8512 40.12 9.07 SSP 8621 54.38 9.37
SSP 8231 19.45 9.31 SSP 5525 40.34 8.07 SSP 8616 54.74 9.18
SSP 8227 19.48 9.26 SSP 2630 44.27 6.91 SSP 4620 55.62 7.62
SSP 8238 19.70 9.45 SSP 8609 44.92 9.09 SSP 5721 56.49 7.97
SSP 8229 19.73 9.28 SSP 1635 44.93 6.35 SSP 4730 56.78 7.70
SSP 8237 20.16 9.44 SSP 3625 45.42 7.13 SSP 0715 56.99 5.38
SSP 8236 20.40 9.43 SSP 3629 46.67 7.20 SSP 1745 57.16 6.38
SSP 8234 20.72 9.43 SSP 7610 47.25 9.08 SSP 1739 61.88 5.66
SSP 8315 23.56 9.11 SSP 8614 47.67 9.25 SSP 3747 62.89 7.16
SSP 9312 24.57 9.61 SSP 8613 48.26 9.19 SSP 0712 63.76 5.28
SSP 4338 25.53 7.70 SSP 4624 48.63 7.70 SSP 4732 65.51 7.72
SSP 5318 26.30 7.81 SSP 3619 48.68 7.06 SSP 0714 66.94 5.26
SSP 8324 26.33 9.47 SSP 3630 48.97 7.21 SSP 1743 67.11 6.24
SSP 3426 27.21 7.06 SSP 4621 49.38 7.64 SSP 1741 67.74 5.65
SSP 8430 28.16 9.49 SSP 0625 49.51 5.31 SSP 4725 67.84 7.45
SSP 8426 28.31 9.30 SSP 8612 49.55 9.16 SSP 4733 68.14 7.72
SSP 8423 28.31 9.24 SSP 0619 50.05 4.90 SSP 1746 69.71 6.37
SSP 8428 30.63 9.37 SSP 3620 50.12 7.07 SSP 3736 71.87 6.99
SSP 7421 30.71 8.75 SSP 4619 50.36 7.57 SSP 5717 78.30 7.77
SSP 8417 31.42 9.12 SSP 0621 50.45 5.11 SSP 1809 81.90 6.24
SSP 1415 31.75 6.31 SSP 0624 50.48 5.28 SSP 1811 82.04 6.31
SSP 8421 31.99 9.21 SSP 3626 51.26 7.14 SSP 1807 83.25 6.23
SSP 7423 32.01 8.88 SSP 4618 51.27 7.58 SSP 1813 86.37 6.38
SSP 8416 32.43 9.06 SSP 3631 51.37 7.21 SSP 1810 86.86 6.28
SSP 8419 32.43 9.12 SSP 1626 51.39 5.44 SSP 1808 87.19 6.23
SSP 7522 34.92 8.86 SSP 1629 51.71 5.50 SSP 3822 91.06 7.12
SSP 8514 35.43 9.26 SSP 0623 51.73 5.28
3 讨论与结论
蛋白质组学在药物研究中主要应用于受体或
标志物的鉴定、受体的评价及毒理学、蛋白质相互
作用及其功能的研究、药物代谢产物的研究等方
面[26]。有人运用蛋白质组学2-DE技术研究过杀
虫剂对有害昆虫的毒理,如 Sharma等研究了
pH3.5~7.0和pH6.0~10.0氨基甲酸酯类杀虫
剂对褐飞虱的毒性机理[27],他指出被氨基甲酸酯
类农药处理后所有的细胞骨架蛋白被引起上调,而
这些蛋白是神经化学物质的重要靶标之一。本试
验采用地肤子提取物触杀山楂叶螨,引起其蛋白显
著性变化(P<0.05),显著性变化的蛋白有可能是
地肤子提取物的靶标蛋白。
曹挥等[28]研究表明,地肤子提取物处理后,山
楂叶螨体内蛋白含量、蛋白酶活性有所升高,谷胱
甘肽-S-转移酶和羧酸酯酶被激活,SOD活性显著
增高;乙酰胆碱酯酶、Ca2+-ATP酶活力受到一定
程度的抑制。并推断地肤子活性成分可能通过抑
制山楂叶螨体内的酯酶同工酶活性来降低其消化
代谢,通过降低单胺氧化酶的活性来降低其解毒代
谢,通过抑制乙酰胆碱酯酶活性阻断其神经传递,
再加上自由基毒害引起螨过度兴奋,最终导致螨体
的死亡。而本试验中研究发现地肤子提取物触杀
32334(4) 张利军等:地肤子提取物毒杀螨的蛋白组双向电泳分析
螨可引起中等分子量酸性蛋白质增加。SWISS-
2DPAG数据库显示乙酰胆碱酯酶的前体的等电
点在pI(5.17~5.26)之间[29],处理胶酸性蛋白的
增加恰是在pI(5~6),可能存在乙酰胆碱酯酶受
到抑制,其前体不能正常转化,停留在前体状态积
聚起来,同时引发了与其相关的一系列蛋白的错误
表达。同时,谷胱甘肽-S-转移酶的分子量为55
ku,等电点pI(4.5~4.8)作为昆虫解毒代谢作用
和动物组织损伤的敏感指标,其升高也可能造成组
织内蛋白的表达混乱。如果这种假设正确,恰好和
酶活性测定的结果相吻合,但是这种假设需要进一
步研究验证。
蛋白质是基因表达的产物,它的形成要经过基
因组的转录后加工、翻译调控以及翻译后加工修饰
等许多步骤,每个蛋白可产生多种蛋白异构体,极
大丰富了蛋白质的数量,增加了复杂性。但是,试
验结果说明运用蛋白技术在分子水平研究杀虫剂
的毒性是可能的,部分蛋白的研究将有助于目标基
因的鉴定和功能的预测。因此需要进一步采用其
他方法或手段深入地研究鉴定这些蛋白,并了解它
们的功能。
参 考 文 献
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(编辑:武英耀)
423 山 西 农 业 大 学 学 报(自然科学版) 2014