中国农业科学 ›› 2023, Vol. 56 ›› Issue (12): 2302-2316.doi: 10.3864/j.issn.0578-1752.2023.12.006
年和粉1,2(), 张钰析2, 李伯辽1,2, 陈秀琳1,2, 罗坤1,2, 李广伟1,2(
)
收稿日期:
2023-03-15
接受日期:
2023-04-21
出版日期:
2023-06-16
发布日期:
2023-06-27
通信作者:
李广伟,E-mail:联系方式:
年和粉,E-mail:nhf762786194@163.com。
基金资助:
NIAN HeFen1,2(), ZHANG YuXi2, LI BoLiao1,2, CHEN XiuLin1,2, LUO Kun1,2, LI GuangWei1,2(
)
Received:
2023-03-15
Accepted:
2023-04-21
Published:
2023-06-16
Online:
2023-06-27
摘要:
【目的】通过测定李小食心虫(Grapholita funebrana)Plus-C气味结合蛋白2(odorant binding protein,GfunOBP2)结合性信息素和苹果树挥发化合物的能力,分析GfunOBP2的嗅觉功能,为阐释李小食心虫定位寄主植物的嗅觉分子机理打下基础。【方法】利用RT-PCR扩增GfunOBP2的ORF序列,通过同源注释和比对氨基酸序列中半胱氨酸(Cys)的分布模式确定GfunOBP2属于Plus-C OBP亚家族;利用RT-qPCR检测GfunOBP2在李小食心虫3日龄成虫触角、头、胸、足、翅、腹部和性腺中的相对表达量;构建pET30a(+)/GfunOBP2原核表达载体,在大肠杆菌(Escherichia coli)BL21(DE3)细胞中表达GfunOBP2重组蛋白。利用荧光竞争结合试验测定重组GfunOBP2蛋白对5种性信息素和35种苹果树挥发化合物的结合能力;通过分子对接预测GfunOBP2与具有强结合能力的气味配体的相互作用力及关键氨基酸残基。【结果】克隆获得GfunOBP2(GenBank登录号:OQ054799.1)的全长序列,共编码183个氨基酸,氨基酸序列中有12个保守的Cys,其分布模式表明GfunOBP2属于Plus-C OBP。GfunOBP2主要在成虫触角中表达,在雄虫触角中的相对表达量显著高于雌虫触角(P<0.05)。重组GfunOBP2蛋白对反-2-己烯-1-醇、苯甲醇、1-庚醇、1-癸醇、己醛、庚醛、乙酸-顺-3-己烯酯、2-甲基丁酸叶醇酯、α-罗勒烯、β-石竹烯、α-蒎烯和柠檬烯具有强结合能力,抑制常数Ki均小于5.0 μmol·L-1。分子对接结果显示氢键、Donor-Donor相互作用和烷基相互作用是GfunOBP2结合反-2-己烯-1-醇、1-庚醇和1-癸醇的主要弱相互作用力,氢键和碳氢键是GfunOBP2结合乙酸-顺-3-己烯酯和2-甲基丁酸叶醇酯的主要弱相互作用力,烷基相互作用是GfunOBP2结合α-罗勒烯和β-石竹烯的唯一弱作用力。疏水性氨基酸Ile、Pro、Phe、Ala、Leu和Val在GfunOBP2结合气味配体中起着重要作用。【结论】GfunOBP2主要在李小食心虫成虫触角中表达,重组GfunOBP2蛋白对被测的35种苹果树挥发化合物中的12种具有强结合能力、对10种化合物具有中等结合能力,表明其在识别寄主植物挥发化合物的过程中起着重要作用。研究结果为证实Plus-C OBP参与李小食心虫外周嗅觉通讯提供了理论依据。
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表1
引物信息"
引物名称 Primer name | 序列 Primer sequence (5′-3′) | 产物大小 Product size (bp) | 引物用途 Use of primers |
---|---|---|---|
GfunOBP2-F | ATGTTCAGAGGCAGTGTATTGTTC | 552 | 基因克隆 Gene cloning |
GfunOBP2-R | TTAGTTAGCGAAAGGAGGTCTGCAC | ||
qGfunOBP2-F | ACGAAGAGTTCCAAGCAGCA | 114 | 表达量检测 Expression level detection |
qGfunOBP2-R | TAGAGCTGACGCAGAACACG | ||
qGfunEF-1α-F | AGGAGATCGAGCAACAGGAA | 244 | |
qGfunEF-1α-R | CACGACTCTCGGGACTTCTC | ||
qGfunβ-actin-F | CTTTCACCACCACCGCTG | 156 | |
qGfunβ-actin-R | CGCAAGATTCCATACCCA | ||
GfunOBP2-eF | CGGGATCCCAATTTCCACCAAGTTTGCCT (BamH I) | 507 | 原核表达 Prokaryotic expression |
GfunOBP2-eR | CCAAGCTTGGATAAAAAAATTAGTTAGCGAA (Hind III) |
图2
重组蛋白GfunOBP2原核表达和纯化的SDS-PAGE分析 M:蛋白质分子量标准 Protein molecular weight marker;1:未经IPTG诱导的GfunOBP2表达产物GfunOBP2 expression product without IPTG induction;2:IPTG诱导后的GfunOBP2表达产物GfunOBP2 expression product after IPTG induction;3:IPTG诱导GfunOBP2表达产物的上清Supernatant of GfunOBP2 expression product induced by IPTG;4:IPTG诱导GfunOBP2表达产物的包涵体Inclusion body of GfunOBP2 expression product induced by IPTG;5:纯化的GfunOBP2蛋白Purified GfunOBP2 protein;6:肠激酶切除His-tag后的GfunOBP2蛋白GfunOBP2 protein after excision of His-tag using enterokinase"
表2
重组GfunOBP2蛋白对性信息素和苹果树挥发化合物的结合能力"
气味及来源 Odorant and source | CAS登录号 CAS number | 纯度 Purity | IC50 (μmol·L-1) | Ki (μmol·L-1) |
---|---|---|---|---|
性信息素Sex pheromone | ||||
顺-8-十二碳烯醇(Z)-8-Dodecenyl alcohola | 112-53-8 | >98.0% (AR) | 6.02±0.06 | 5.01±0.05 |
乙酸-顺-8-十二碳烯酯(Z)-8-Dodecenyl acetatea | 28079-04-1 | >98.0% (AR) | 9.29±0.36 | 7.73±0.30 |
乙酸-反-8-十二碳烯酯(E)-8-Dodecenyl acetatea | 38363-29-0 | >98.0% (AR) | 8.58±0.12 | 7.14±0.10 |
乙酸-顺-8-十四碳烯酯(Z)-8-Tetradecenyl acetatea | 35835-80-4 | >90.0% (AR) | 6.21±0.03 | 5.17±0.03 |
乙酸-顺-10-十四碳烯酯(Z)-10-Tetradecenyl acetatea | 35153-16-3 | >90.0% (AR) | 12.73±0.13 | 10.59±0.11 |
植物挥发化合物Plant volatile | ||||
反-2-己烯-1-醇(E)-2-Hexen-1-olb,c,d | 928-95-0 | 97.0% (AR) | 4.67±0.04 | 3.89±0.04 |
顺-3-己烯-1-醇(Z)-3-Hexen-1-olb,c,d | 928-96-1 | 98.0% (AR) | 6.26±0.10 | 5.21±0.09 |
苯甲醇Benzyl alcoholb | 100-51-6 | ≥99.0% (AR) | 5.15±0.08 | 4.28±0.07 |
1-庚醇1-Heptanold | 111-70-6 | ≥99.9% (GC) | 4.42±0.06 | 3.68±0.05 |
2-丁氧基乙醇2-Butoxyethanold | 111-76-2 | 97.0% (GC) | - | - |
1-辛烯-3-醇1-Octen-3-olc,d | 3391-86-4 | >98.0% (AR) | 15.25±0.28 | 12.69±0.24 |
异辛醇2-Ethyl-1-hexanolc,d | 104-76-7 | >99.0% (GC) | 15.12±0.43 | 12.58±0.36 |
1-癸醇1-Decanolb,c,d | 112-30-1 | 98.0% (GC) | 4.37±0.35 | 3.64±0.29 |
芳樟醇Linaloolb,c,d | 78-70-6 | >98.0% (GC) | - | - |
反-2-己烯醛(E)-2-Hexenalb,c,d | 85761-70-2 | 98.0% (AR) | 7.32±0.03 | 6.09±0.03 |
己醛Hexanalc,d | 66-25-1 | >95.0% (AR) | 5.26±0.16 | 4.38±0.14 |
庚醛Heptanalc,d | 111-71-7 | ≥98.0% (GC) | 5.89±0.28 | 4.91±0.23 |
辛醛Octanald | 124-13-0 | 99.0% (AR) | 6.88±0.30 | 5.73±0.25 |
壬醛Nonanalb,d | 124-19-6 | 95.0% (AR) | 7.31±0.06 | 6.08±0.05 |
癸醛Decanalb,d | 112-31-2 | 97.0% (AR) | 9.12±0.14 | 7.59±0.12 |
十一醛Undecanalb,c,d | 112-44-7 | 97.0% (AR) | - | - |
苯甲醛Benzaldehydeb,c,d | 100-52-7 | ≥99.5% (GC) | - | - |
乙酸丁酯Butyl acetateb,d | 123-86-4 | 99.0% (AR) | 8.17±0.37 | 6.80±0.32 |
2-甲基丁酸乙酯Ethyl 2-methylbutyrated | 7452-79-1 | 98.0% (AR) | 11.35±0.07 | 9.45±0.06 |
戊酸乙酯Ethyl valerated | 539-82-2 | ≥99.8% (GC) | - | - |
乙酸-顺-3-己烯酯Cis-3-Hexenyl acetateb,c,d | 3681-71-8 | >97.0% (GC) | 4.71±0.01 | 3.92±0.01 |
丁酸丁酯Butyl butyrated | 109-21-7 | >99.0% (GC) | 14.03±0.18 | 11.68±0.15 |
2-甲基丁酸叶醇酯Cis-3-Hexenyl 2-methylbutanoateb,d | 53398-85-9 | 97.0% (GC) | 4.81±0.03 | 4.00±0.03 |
己酸戊酯Pentyl hexanoated | 540-07-8 | >98.0% (GC) | 14.41±0.71 | 11.99±0.59 |
月桂酸丁酯Butyl laurated | 106-18-3 | >99.9% (GC) | 7.34±0.05 | 6.11±0.03 |
肉豆蔻酸丁酯Butyl myristateb,c,d | 110-36-1 | >97.0% (GC) | - | - |
棕榈酸异丙酯Isopropyl palmitateb,c,d | 142-91-6 | 97.0% (AR) | - | - |
β-莰烯β-Campheneb,c,d | 79-92-5 | 95.0% (AR) | - | - |
α-蒎烯α-Pineneb,c,d | 80-56-8 | 98.0% (AR) | 5.15±0.06 | 4.29±0.05 |
α-罗勒烯α-Ocimeneb,c,d | 502-99-8 | ≥90.0% (AR) | 3.52±0.05 | 2.93±0.04 |
柠檬烯Limoneneb,c,d | 138-86-3 | 95.0% (AR) | 5.64±0.05 | 4.69±0.04 |
3-篦烯3-Careneb,c,d | 13466-78-9 | 90.0% (AR) | 11.05±0.01 | 9.20±0.01 |
β-石竹烯β-Caryophylleneb,c,d | 87-44-5 | >90.0% (GC) | 3.43±0.02 | 2.86±0.01 |
6-甲基-5-庚烯-2-酮6-Methyl-5-hepten-2-oneb,c,d | 110-93-0 | 98.0% (AR) | 11.30±0.15 | 9.41±0.12 |
2-甲基-6-亚甲基-1,7-辛二烯-3-酮 2-Methyl-6-methylene-1,7-octadien-3-oned | 41702-60-7 | >95.0% (AR) | - | - |
图4
李小食心虫GfunOBP2的3D模型构建 A:冈比亚按蚊AgamOBP47的晶体结构Crystal structure of AgamOBP47 from A. gambiae;B:预测的GfunOBP2 3D模型Predicted 3D model of GfunOBP2;C:AgamOBP47和GfunOBP2的3D结构比对3D structure aligned of AgamOBP47 and GfunOBP2。图中字母N和C分别表示OBP的N端和C端The letters N and C indicate the N- and C-terminal of OBPs, respectively"
表3
GfunOBP2与气味配体的平均结合能"
配体 Ligand | 结构式 Structural formula | 结合能Mean binding energy (kJ·mol-1) |
---|---|---|
反-2-己烯-1-醇 (E)-2-Hexen-1-ol | | -5.20 |
1-庚醇 1-Heptanol | | -5.16 |
1-癸醇 1-Decanol | | -5.66 |
乙酸-顺-3-己烯酯 Cis-3-Hexenyl acetate | | -6.17 |
2-甲基丁酸叶醇酯 Cis-3-Hexenyl 2-methylbutanoate | | -6.26 |
α-罗勒烯 α-Ocimene | | -6.65 |
β-石竹烯 β-Caryophyllene | | -6.78 |
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