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Expression of Ericerus pela Wax Ester Synthase in Spodoptera frugiperda Sf9 Cell Line

白蜡虫蜡酯合酶在昆虫细胞Sf9中的表达



全 文 :林业科学研究 2016,29(2):191 195
ForestResearch
  文章编号:10011498(2016)02019105
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:20151115
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BactoBac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;BactoBac表达系统;Sf9细胞系
中图分类号:S8991 文献标识码:A
ExpressionofEriceruspelaWaxEsterSynthaseinSpodoptera
frugiperdaSf9CelLine
QIQian,YUShuhui,SUNTao,WANGXueqing,LIUBowen,YANGPu,CHENXiaoming
(ResearchInstituteofResourcesInsects,ChineseAcademyofForestry,KeylaboratoryofCultivatingandUtilizationofResourcesInsectsof
StateForestryAdministration,Kunming 650224,Yunnan,China)
Abstract:[Objective]UseBactoBacexpressionsystemtoexpressWSinSf9celline.[Method]TheWScoding
sequencewasclonedintoplasmidpFastBacTMHTB,andthentransformedEscherichiacoliDH10BacTM.Afterre
sistantandbluewhitescreening,therecombinantbacmidrBacmid/EpelWSwereobtained.TherBacmid/EpelWS
wastransfectedintoSf9cels.[Result]TheImmunofluorescenceanalysisshowedthatthetargetproteinwasex
pressedinthecytoplasmoftheinfectedcels.[Conclusion]TheWSwasexpressedsuccessfuly,itlaysthefounda
tionforfurtherresearchonthebiochemicalcharacteristicsofWSoftheEriceruspela.
Keywords:Ericeruspela;waxestersynthase;Constructionofexpressionvector;bactobacexpressionvectorsys
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(acylCoAwaxalcoholacyltransferase,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
50prep)、琼脂糖凝胶回收试剂盒(DNAGelExtraction
Kit50prep)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’GTAATAAGCACTAGGATTGACATC3’,
WSR:5’ATCAGTTTAGTGAGCCAACCATAC3’。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
pGEMTeasy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
CACTAGGATTG3’,HWSR:5’CCCAAGCTTAT
CAGTTTAGTGAGCCAACCAT3’,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-1Xgal、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/WSR,M1348R/WSF,M1347F/M1348R)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(HisTag
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
(GoatAntiMouselgG/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:M1347F/WSR,泳道2:M13
48R/WSF,泳道3:M1347F/M1348R)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
491
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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