全 文 :林业科学研究 2016,29(2):191 195
ForestResearch
文章编号:10011498(2016)02019105
白蜡虫蜡酯合酶在昆虫细胞 Sf9中的表达
亓 倩,于淑惠,孙 涛,王雪庆,刘博文,杨 璞,陈晓鸣
(中国林业科学研究院资源昆虫研究所,国家林业局资源昆虫培育与利用重点实验室,云南 昆明 650224)
收稿日期:20151115
基金项目:林业公益性行业科研专项201504302、201304808,云南省应用基础研究重点项目2013FA052,国家自然科学基金31572337,
国家863计划2014AA021801。
作者简介:亓 倩(1991—),女,硕士研究生,主要从事昆虫分子生物学研究.
通讯作者.
摘要:[目的]本研究欲利用BactoBac表达系统,在Sf9细胞中表达WS。[方法]将WS编码序列克隆到质粒pFast
BacTMHTB后,转化大肠杆菌DH10BacTM,经抗性和蓝白斑筛选,获得重组杆粒 rBacmid/EpelWS。将 rBacmid/Epel
WS转染Sf9细胞。[结果]免疫荧光标记检测表明:WS在受感染细胞的细胞质中表达。[结论]本研究成功表达了
白蜡虫WS,为白蜡虫WS的生化特性研究奠定了基础。
关键词:白蜡虫;蜡酯合酶;载体构建;BactoBac表达系统;Sf9细胞系
中图分类号:S8991 文献标识码:A
ExpressionofEriceruspelaWaxEsterSynthaseinSpodoptera
frugiperdaSf9CelLine
QIQian,YUShuhui,SUNTao,WANGXueqing,LIUBowen,YANGPu,CHENXiaoming
(ResearchInstituteofResourcesInsects,ChineseAcademyofForestry,KeylaboratoryofCultivatingandUtilizationofResourcesInsectsof
StateForestryAdministration,Kunming 650224,Yunnan,China)
Abstract:[Objective]UseBactoBacexpressionsystemtoexpressWSinSf9celline.[Method]TheWScoding
sequencewasclonedintoplasmidpFastBacTMHTB,andthentransformedEscherichiacoliDH10BacTM.Afterre
sistantandbluewhitescreening,therecombinantbacmidrBacmid/EpelWSwereobtained.TherBacmid/EpelWS
wastransfectedintoSf9cels.[Result]TheImmunofluorescenceanalysisshowedthatthetargetproteinwasex
pressedinthecytoplasmoftheinfectedcels.[Conclusion]TheWSwasexpressedsuccessfuly,itlaysthefounda
tionforfurtherresearchonthebiochemicalcharacteristicsofWSoftheEriceruspela.
Keywords:Ericeruspela;waxestersynthase;Constructionofexpressionvector;bactobacexpressionvectorsys
tem;Sf9celslines.
白蜡虫(EriceruspelaChavannes.)是一种具有
重要经济价值的资源昆虫,其 2龄雄幼虫在女贞
(LigustrumlucidumAit.)和白蜡树(Fraxinuschinen
sisRoxb.)等寄主植物上分泌的白蜡,广泛地应用于
化工、食品、医药、化妆品等行业[1-2]。白蜡的主要
成分是二十六酸二十六酯,是由蜡酯合酶(waxsyn
thase,WS)催化二十六酸和二十六醇形成的酯[3]。
前期工作鉴定到了白蜡虫 WS的候选基因,该基因
在白蜡虫泌蜡高峰期(二龄雄幼虫)和雌成虫中表
达量显著高于其它虫态[4-6]。系统发育分析表明,
该基因与其酰基转移酶家族的成员单酰基甘油酰基
转移酶(monoacylglycerolacyltransferase,MGAT,生成
甘油二酯)中 MGAT1、MGAT2、MGAT3,二酰基甘
油酰基转移酶(diacylglycerolacyltransferase,DGAT,
生成甘油三酯)中 DGAT2和酰基辅酶 A蜡醇酰基
转移酶(acylCoAwaxalcoholacyltransferase,AWAT,
生成蜡酯)中 AWAT1、AWAT2聚为一支[4],推测白
蜡虫WS为双功能酶,但对白蜡虫 WS的生化特性
林 业 科 学 研 究 第29卷
缺少进一步的研究[7-9]。体外获得大量白蜡虫 WS
是开展进一步功能研究的基础。
目前国内外对 WS的研究采用了多种表达系
统,Kalscheuer在贝氏不动杆菌 ADP1(Acinetobacter
baylyistrainADP1)中WS的研究采用毕赤酵母表达
系统[10],小鼠WS的研究采用哺乳动物细胞表达系
统[7]。鲜见用昆虫-杆状病毒表达系统表达WS的
文献报道。昆虫-杆状病毒表达系统具有完善的翻
译后加工修饰系统、高效表达外源基因的能力、较易
从无血清培养上清中纯化蛋白、无内毒素污染等优
点,现已成功表达近千种高价值蛋白[11]。这些蛋白
可以来源于几乎任何组织或细胞(从细菌到高等动
物的组织细胞),也可以来自于细胞的任何位置(细
胞核、细胞外或细胞质)[12]。本研究依据实验室前
期获得的ws全长序列,利用昆虫 -杆状病毒表达系
统对白蜡虫 WS进行表达,为进一步开展 WS酶学
特性研究奠定基础。
1 材料与方法
1.1 供试昆虫
本试验所用白蜡虫采自昆明,饲养于中国林业
科学研究院资源昆虫研究所。
1.2 试剂
限制性内切酶 HindⅢ、NcoⅠ购自 NEB公司。T4
DNA连接酶购自Fermentas公司。青霉素、链霉素、庆
大霉素、购自阿拉丁公司。Grace培养基购自 GIBCO
公司、反转录试剂盒、Celfectin ReagentⅡ购自Invitro
gen公司。质粒小量提取试剂盒(PlasmidMiniprepKit
50prep)、琼脂糖凝胶回收试剂盒(DNAGelExtraction
Kit50prep)购自 AXYGEN公司。E.coliDH5α菌株
购自大连宝生物工程有限公司。E.coliDH10TM菌株
和pFastbacHTB质粒由浙江大学祝增荣教授赠送。
类胎牛血清购自兰洲民海生物有限公司。Sf9(Spo
dopterafrugiperda)昆虫细胞,由中国林业科学研究院
资源昆虫研究所丁伟峰老师赠送。
1.3 试验方法
1.3.1 白蜡虫 ws编码区克隆 取白蜡虫虫体磨
样,提取总 RNA,反转录为 cDNA,根据前期获得的
白蜡虫ws全长序列,在编码框的两端设计特异引物
WSF: 5’GTAATAAGCACTAGGATTGACATC3’,
WSR:5’ATCAGTTTAGTGAGCCAACCATAC3’。以
cDNA为模板进行PCR扩增,设定程序为:94℃预变
性4min,94℃30s,55℃30s,72℃90s,32个循环;
72℃延伸10min。1%的琼脂糖凝胶电泳检测,并切
胶回收,将纯化后的 ws编码区 PCR产物连接到
pGEMTeasy载体上,转化 DH5α感受态细胞,用
M13引物进行菌液检测,选取阳性克隆送交南京金
斯瑞公司测序验证。将获得的含有白蜡虫 ws编码
区序列的重组质粒命名为pGEM/EpelWS。
1.3.2 载体构建 设计带 HindⅢ和 NcoⅠ酶切位
点的引物 NWSF:5’CATGCCATGGGAGTAATAAG
CACTAGGATTG3’,HWSR:5’CCCAAGCTTAT
CAGTTTAGTGAGCCAACCAT3’,抽取含有 ws编码
序列目基因的重组质粒,以抽取的质粒为模板进行
PCR扩增,电泳检测后用胶回收试剂盒回收纯化,测
序后,用HindⅢ和NcoⅠ对PCR产物进行双酶切,凝
胶电泳后回收酶切产物。
将pFastbacTMHTB菌株接种于 LB培养基,
37℃、160转·min-1震荡培养12h,用质粒小提试剂
盒抽取pFastbacTMHTB质粒,用 HindⅢ和 NcoⅠ对
pFastbacTMHTB质粒进行双酶切,用琼脂糖凝胶电
泳后回收酶切产物。
将上述经双酶切的回收纯化产物与双酶切的质
粒载体于4℃连接过夜。连接产物转化 JM109感受
态细胞,涂布于含有100μg·mL-1Amp的 LB固体
培养基上,37℃培养过夜,挑取合适的菌斑,用含酶
切位点的ws引物进行菌液检测。含有白蜡虫 ws的
编码序列的杆状病毒转移载体命名为pFastBacHTb/
EpelWS。选取正确的菌液分装到数个1mL加 Amp
的LB液体培养基中,37℃摇床培养过夜。
1.3.3 重组病毒杆粒的获得及鉴定 用质粒小量
提取试剂盒提取pFastBacHTb/EpelWS质粒,获得的
质粒转化大肠杆菌 DH10BacTM感受态细胞,涂布于
含50μg·mL-1卡那霉素、7μg·mL-1庆大霉素、10
μg·mL-1四环素、100μg·mL-1Xgal、40μg·
mL-1IPTG的LB固体培养基上,37℃培养过夜,使
重组质粒发生转座。挑取白色阳性菌斑过夜培养,
菌液分别用 ws特异引物和 M13引物组合(M1347
F/WSR,M1348R/WSF,M1347F/M1348R)进
行检测。经鉴定为正确的杆粒命名为 rBacmid/
EpelWS,用质粒小提试剂盒提取bacmid备用。
1.3.4 重组bacmid转染昆虫细胞 Sf9 病毒扩增:
接种9×105个细胞到2mL六孔板中。在27℃培养
1h,使细胞贴壁。制备含 ws编码区片段的 Bacmid
与CelfectinReagentI复合物,逐滴滴到细胞上,在
27℃培养箱中孵育5h。去掉复合物混合液,在每个
291
第2期 亓 倩,等:白蜡虫蜡酯合酶在昆虫细胞Sf9中的表达
孔中加2mL完全培养基,在27℃培养箱中培养72
h。当细胞出现感染迹象时,收集含病毒的上清液,
即为P1病毒液。取6孔板,接种2×106细胞每孔,
在每个孔中加入适量 P1病毒,27℃培养48h后收
集病毒上清,即得到P2病毒,按上述方法进行P3病
毒的扩增。
蛋白表达:接种6×106个细胞到2mL六孔板
中,待细胞贴壁后加入100μLP3病毒,27℃培养箱
孵育,72h后收获细胞。
1.3.5 免疫荧光标记 Sf9细胞接种于十二孔板
中,用重组病毒rBacmid/EpelWSP3感染48h后,设
为实验组,对照组为未感染 rBacmid/EpelWS的 Sf9
细胞,二者分别用PBS洗细胞3遍,用含3% BSA的
PBS4℃封闭过夜。次日用 PBS清洗细胞一遍后每
孔加 100μL用 PBS1∶300稀释的一抗(HisTag
MonoclonalAntibody,ABClone),4℃过夜,用4℃预冷
的PBS于摇床上清洗细胞3遍,每遍5min,每孔加
100μL用 PBS以 1∶50稀释的荧光标记的二抗
(GoatAntiMouselgG/RBITC,ABClone),4℃过夜。
用4℃预冷的 PBS清洗细胞3次,每次5min,用双
蒸水洗3次,每次5min,每孔加50μLDAPI染核。
漂洗后于荧光显微镜下观察拍照。
2 结果与分析
2.1 白蜡虫 ws基因编码区的扩增及 pFastBacHT
b质粒提取
将PCR扩增后的ws编码区进行电泳检测,电
泳图片(图1,A)中泳道1为 DNA标记,DL2000,泳
道2片段的大小约为1400bp左右,测序结果表明
该片段即为目的片段,ws编码区基因已经被成功扩
增。提取的质粒用电泳检测,电泳图片(图1,B)中
泳道2片段的大小约为5000bp,表明质粒已成功
抽取。
A:wscDNA的PCR扩增;B:pFastbac质粒
图1 ws编码区cDNA的PCR的扩增及载体抽取的鉴定结果
2.2 重组载体的鉴定
ws编码区片段及质粒分别用 HindⅢ和 NcoⅠ
双酶切后跑电泳回收,回收产物电泳检测图像如图
2(A)、(B),依据片段大小可判断酶切后的质粒和
ws编码区片段已被成功回收。用 T4连接酶将酶切
质粒和酶切 ws编码区片段过夜连接后转化到
JM109感受态细胞,用带酶切位点的引物进行检测,
检测结果如图 2(C),泳道 1片段大小约为 1500
bp,证明重组载体已成功构建。
A:酶切pFastbac质粒 B:酶切ws编码区片段 C:含pFastBacHTb/EpelWS的大肠杆菌菌液检测结果
图2 ws编码区重组载体的PCR电泳结果
2.3 重组病毒Bacmid的鉴定
抽取上述菌液中的重组质粒,转化大肠杆菌
DH10BacTM,对转座后的菌落用M13引物和 ws引物
进行PCR,电泳结果如图3。依据条带大小判断,重
组Bacmid:rBacmid/EpelWS构建成功。用质粒小提
试剂盒提取 rBacmid/EpelWS质粒,并进行电泳检
测,在6500左右有条带,如图3(B),证明 rBacmid/
EpelWS提取成功。
391
林 业 科 学 研 究 第29卷
A:用三对引物对含rBacmid/EpelWS的大肠杆菌菌液检测结果(三
对引物所对应的泳道分别是:泳道1:M1347F/WSR,泳道2:M13
48R/WSF,泳道3:M1347F/M1348R)B:对rBacmid/EpelWS抽
提结果的检测
图3 rBacmid/EpelWS的鉴定
2.4 显微镜观察细胞感染情况
用P3病毒感染Sf9细胞后72h后,在光学显微
镜下观察,显示受感染的细胞(图4A,试验组,加重
组病毒)明显比对照细胞(图4B,对照组,加1mL
Grace培养基)细胞表面变得粗糙,细胞核变大,肿
胀,畸形,体积变大,内容物增多,悬浮(如图1A中
红圈内细胞尤为明显),初步判断,Sf9细胞已经被病
毒感染。
A:rBacmid/EpelWS感染72h后的Sf9细胞;B:对照组细胞
图4 光学显微镜下两组细胞生长情况
2.5 免疫荧光分析
被rBacmid/EpelWS感染48h后的 Sf9细胞和
未受感染的对照组细胞经免疫荧光标记后,分别在
普通白光,激发波长为358nm的蓝光和激发波长为
540nm的红光下观察。结果如图5:A、E为白光下
拍摄的细胞;B、F显示,在358nm的激发波长下两
组细胞的细胞核均发出蓝色的光;C、D显示,在540
nm的激发波长下,rBacmid/EpelWS感染的细胞在
细胞质中有红光发出;G、H显示,未经 rBacmid/
EpelWS感染的对照组细胞没有红光发出,证明在受
感染细胞的细胞质中有 WS表达,WS在 Sf9细胞中
表达成功。
A、B、C、D:rBacmid/EpelWS感染48h后的 Sf9细胞;E、F、G、H:对
照组细胞。其中A、E在自然光下拍摄,B、F在358nm的激发波长
下拍摄,C、G在540nm的波长下拍摄,D、H为358nm和540nm
两种波长的组合图片
图5 rBacmid/EpelWS感染48h后的Sf9免疫荧光检测图像
3 讨论与结论
目前,已有12个物种的 WS被分离鉴定,并进
行了功能验证。有些通过转入异源细胞中进行表
达,利用产生的 WS体外加底物合成蜡酯的方式进
行功能验证,如 Kalscheuer等人在香茅醇假单胞菌
(Pseudomonascitronelolis)、酿酒酵母(Saccharomyces
cerevisiae)H1246和大肠杆菌中表达了贝氏不动杆菌
WS[13-15];小鼠 WS在酿酒酵母、Sf9昆虫细胞、人
肾脏HEK293细胞中的表达等[7,16];有些通过转基
因的方式进行功能探究,如 Lardizabal将希蒙得木
(Simmondsiachinensis(Link)Schneider)ws转基因到
拟南芥中,表达成功并得到含蜡酯的种子[17-21]。在
昆虫中还没鉴定到ws基因,对白蜡虫这种产蜡重要
经济昆虫的蜡酯合成分子机制也研究甚少,未有研
究成果发表,仅有我们实验室前期对白蜡虫蜡酯合
成关键酶之一far基因的部分研究。
本试验将白蜡虫ws编码区表达载体在Sf9中表
达,因其同为昆虫细胞,在蛋白质翻译后修饰过程中
有相似性,这是原核细胞及其他种类真核细胞所不
能替代的。所用试剂Celfectin ReagentI是一种
阳离子脂质体试剂,设计用于实现昆虫细胞的最佳
转染,可稳定高效地转染Sf9、Sf21细胞,将收集的病
毒感染处于对数期健康生长点sf9细胞即可实现WS
的表达。
试验中出现的问题有:通过免疫荧光的照片可
见只有部分细胞表达出了WS蛋白,表达量很少,这
也是真核表达中常见的现象。下一步酶活测定的试
验中可以加大细胞和病毒量以获得更多的 WS。有
研究表明,血清的存在能降低细胞膜的流动性,从而
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第2期 亓 倩,等:白蜡虫蜡酯合酶在昆虫细胞Sf9中的表达
抑制病毒吸附细胞,影响蛋白的表达[21]。初步表达
时获得蛋白量较低的另一个原因可能是杆状病毒感
染昆虫细胞后,细胞本身产生应激反应而表达产生
蛋白酶,并随细胞裂解而释放出来,同时由于没有血
清蛋白质如血清蛋白和巨球蛋白的保护,蛋白质水
解的问题显得更为严重[22]。可以在后续试验中加
入蛋白酶抑制剂和蛋白稳定剂来尝试解决这个
问题。
白蜡虫提供了研究蜡酯合成的重要材料,本研
究成功构建了 ws编码区表达载体,并初步表达了
WS,为后续酶活试验奠定了基础,为了解白蜡虫WS
的生化特性以及白蜡虫泌蜡规律的研究提供分子生
物学依据。
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(责任编辑:张 玲)
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