四种海藻热休克蛋白70（HSP70）基因的克隆与表达分析

热休克蛋白70是热休克蛋白家族中重要的成员，参与新生蛋白的折叠、转运、重折叠变性蛋白、协助降解变性蛋白和抗逆环境胁迫等功能。海带和裙带菜是浅海潮下带典型的褐藻，孔石莼和浒苔是潮间带典型的绿藻，四种大型海藻均有重要的经济价值和生态价值。随着潮汐变化固着藻类生境理化因素变化剧烈，藻类面临着严重的环境胁迫，因此研究藻类抗逆机理有着重要的意义。 本研究采用同源克隆法配合RACE-PCR，克隆了海带、孔石莼、裙带菜和浒苔HSP70基因的全序列（分别命名为LJHSP70、UPHSP70、QDHSP70和EPHSP70）。利用生物信息学方法分析了四种藻类HSP70结构特征、同源性关系和进化地位。获得的海带HSP70基因全序列长为2918 bp，5’非翻译区为248 bp，3’非翻译区为696 bp，开放阅读框为1974 bp，编码657个氨基酸，预测的分子量为72.03 kDa，等电点为4.97。获得的裙带菜HSP70基因全序列长为3243 bp，5’非翻译区为248 bp，3’非翻译区为1021 bp，开放阅读框为1974 bp，编码657个氨基酸，预测的分子量为72.03 kDa，等电点为4.96。获得的孔石莼HSP70基因全序列长为2283 bp，5’非翻译区为65 bp，3’非翻译区为247 bp，开放阅读框为1971 bp，编码656个氨基酸，预测的分子量为71.13 kDa，等电点为5.04。获得的浒苔HSP70基因全序列长为2265 bp，5’非翻译区为65 bp，3’非翻译区为217 bp，开放阅读框为1983 bp，编码660个氨基酸，预测的分子量为71.39 kDa，等电点为5.03。四种海藻HSP70氨基酸序列均含有四肽重复序列GGMP，具有三个典型的HSP70签名基序。细胞质定位的HSP70 C-末端特征基序为EEID或EEVD，并且N-端氨基酸序列保守性高于C-端。海带和裙带菜HSP70蛋白同源性为98%，孔石莼和浒苔HSP70蛋白同源性为96%，四种海藻HSP70蛋白序列与陆地植物和其他藻类HSP70蛋白序列同源性为70-80%。 利用荧光定量RT-PCR技术对不同胁迫条件处理的海带和孔石莼HSP70 mRNA的表达水平进行定量分析。不同热激温度（5-40 ℃）处理组中，30 ℃处理组的海带HSP70 mRNA表达量最高是10 ℃处理组的海带HSP70 mRNA表达量的3倍，而35 ℃或40 ℃处理组的海带HSP70表达量却低于25 ℃或30 ℃处理组的海带HSP70 mRNA表达量。25 ℃不同热激时间（0-12 h）处理组中，海带HSP70 mRNA表达量呈先上升后下降趋势。热激1 h后海带HSP70 mRNA表达量迅速上升，热激7 h后mRNA表达量达到最大，是对照组表达量的4倍。不同盐度（0‰-45‰）胁迫处理组中，0‰或5‰盐度处理组的海带HSP70 mRNA表达量是30‰盐度处理组海带HSP70 mRNA表达量的3倍。35‰、40‰和45‰盐度处理组之间HSP70 mRNA表达量较低且无显著差异。 不同热激温度（5-40℃）处理组中，20 ℃或25 ℃处理的孔石莼HSP70 mRNA表达量较低，而5 ℃、35 ℃、或40 ℃处理组的孔石莼HSP70 mRNA的表达量是25 ℃处理组孔石莼HSP70 mRNA表达量的2倍以上。30 ℃不同热激时间（0-12 h）处理组中，孔石莼HSP70 mRNA表达量也呈先上升后下降趋势。热激5 h后孔石莼HSP70 mRNA表达量达到最大，是对照组的3.5倍。不同盐度（0‰-45‰）胁迫处理组中，0‰或5‰盐度处理组的孔石莼HSP70 mRNA表达量是30‰盐度处理组孔石莼HSP70表达量的3倍。30‰、40‰和45‰盐度处理组孔石莼HSP70 mRNA表达量较低，且无显著差异。不同紫外线照射时间（0-4.0 h）和不同干燥时间（0-4.0 h）处理组中，孔石莼HSP70 mRNA表达量都在3 h后达到最高值，之后表达量维持在较高水平。 为进一步研究藻类HSP70的生物学功能，将海带HSP70基因的开放阅读框区域克隆到表达载体pEASY-E2中，并转化到大肠杆菌BL21(DE3)pLysS。将阳性重组子培养于含有AMP（100 U/mL）的LB培养基，IPTG诱导表达，SDS-PAGE电泳鉴定。经5 h诱导，其表达量达到平台期，继续培养HSP70表达量并不显著增高。5 mM IPTG诱导海带HSP70蛋白表达量高于1 mM IPTG诱导蛋白表达量。