Identification and analysis of a Scophthalmus maximus ferritin that is regulated at transcription level by oxidative stress and bacterial infection

Ferritins are conserved Iron storage proteins that exist in most living organisms and play an essential role in Iron homeostasis. In this study, we reported the identification and analysis a ferritin M subunit, SmFerM, from turbot Scophthalmus maximus. The full length cDNA of SmFerM contains a 5'-untranslated region (UTR) of 232 bp, an open reading frame (ORF) of 531 bp, and a 3'-UTR of 196 bp The ORF encodes a putative protein of 176 amino acids, which shares extensive sequence identities with the M terrains of several fish species. In silico analysis identified in SmFerM both the ferroxidase center of mammalian H ferritins and the iron nucleation site of mammalian L ferritins. Quantitative real time reverse transcriptase-PCR analysis indicated that SmFerM expression was highest in muscle and lowest in heart and responded positively to experimental challenges with bacterial pathogens and poly(I center dot C) Exposure of cultured turbot hepatocytes to treatment of stress inducers (iron, copper, and H2O2) significantly upregulated the expression of SmFerM in a dose dependent manner. Iron chelating analysis showed that recombinant SmFerM purified from Escherichia coli exhibited apparent iron binding activity. These results suggest that SmFerM is a functional M ferritin and is likely to play a role in iron sequestration and protection against oxidative stress and microbial infection (C) 2010 Elsevier Inc All rights reserved

Molecular cloning, characterization and expression of a novel serine proteinase inhibitor gene in bay scallops (Argopecten irradians, Lamarck 1819)

Serine protease inhibitors, critical regulators of endogenous proteases, are found in all multicellular organisms and play crucial roles in host physiological and immunological effector mechanisms. The first mollusk serine proteinase inhibitor (designated AISPI) cDNA was obtained from the bay scallop Argopecten irradians by randomly sequencing a whole tissue cDNA library and rapid amplification of cDNA ends (RACE). The full-length cDNA of the scallop serine protease inhibitor was 1020 bp, consisting of a 5'-terminal untranslated region (UTR) of 39 bp, a 3'-terminal UTR of 147 bp with a canonical polyadenylation signal sequence AATAAA and a poly(A) tail, and an open reading frame of 834 bp. The AISPI cDNA encoded a polypeptide of 278 amino acids with a putative signal peptide of 22 amino acids and a mature protein of 256 amino acids. The deduced amino-acid sequence of AISPI contained six tandem and homologous domains similar to that of Kazal-type serine protease inhibitors, including the conserved sequence C-X(7)-C-X(6)-Y-X(3)-C-X(2,3)-C and six cysteine residues responsible for the formation of disulfide bridges, indicating that the AISPI protein from bay scallop should be a member of the Kazal-type serine protease inhibitor family. The temporal expression of AISPI was measured by semi-quantitative RT-PCR after injury or bacterial challenge. After the adductor muscle was wounded or injected with Vibrio anguillarum, the expression of AISPI mRNA in hemolymph was up-regulated and reached the maximum level at 8 and 16 h, respectively, and then progressively dropped back to the original level. The results indicated that AISPI could play an important role in injury healing and immune response in mollusks as it could be induced by injury and bacterial challenge. (c) 2005 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Molecular cloning and expression analysis of Crustin-like gene from Chinese shrimp Fenneropenaeus chinensis

A new member of antimicrobial protein genes of the Crustin family was cloned from haemocytes of the Chinese shrimp Fenneropenaeus chinensis by 3' and 5' RACE. The full-length cDNA of Crustin-like gene contains a 390 bp open reading frame, encoding 130 amino acids. The deduced peptide contains a putative signal peptide of 17 amino acids and mature peptide of 113 amino acids. The molecular mass of the deduced mature peptide is 12.3 ku. It is highly cationic with a theoretical isoelectric point of 8.5. The deduced amino acids sequence of this Crustin showed high homology with those of Penaeus (Litopenaeas) setferus. Northern blotting showed that the cloned Crustin gene was mainly expressed in haemocytes, gill, intestine, and RNA in situ hybridization indicated that the Crustin gene was constitutively expressed exclusively in haemocytes of these tissues. Capillary electrophoresis RT-PCR analysis showed that Crustin was up-regulated dramatically from 12 to 48 h after a brief decrease of mRNA during first 6 h in response to microbe infection. The level of Crustin mRNA began to restore at 72 h post-challenge. This indicated that Crustin gene might play an important role when shrimps are infected by bacterial pathogen.

Expression and localization of a novel phosducin-like protein from amphioxus Branchiostoma belcheri

A full length amphioxus cDNA, encoding a novel phosducin-like protein (Amphi-PhLP), was identified for the first time from the gut cDNA library of Branchiostoma belcheri. It is comprised of 1 550 bp and an open reading frame (ORF) of 241 amino acids, with a predicted molecular mass of approximately 28 kDa. In situ hybridization histochemistry revealed a tissue-specific expression pattern of Amphi-PhLP with the high levels in the ovary, and at a lower level in the hind gut and testis, hepatic caecum, gill, endostyle, and epipharyngeal groove, while it was absent in the muscle, neural tube and notochord. In the Chinese Hamster Ovary (CHO) cells transfected with the expression plasmid pEGFP-N1/Amphi-PhLP, the fusion protein was targeted in the cytoplasm of CHO cells, suggesting that Amphi-PhLP is a cytosolic protein. This work may provide a framework for further understanding of the physiological function of Amphi-PhLP in B. belcheri.

栉孔扇贝C型凝集素-2(CfLec-2)基因的克隆和分析

栉孔扇贝是我国北方一种重要的贝类养殖品种。自1997年以来爆发的栉孔扇贝大规模死亡，给地区经济造成了重大损失并且已经严重威胁着扇贝养殖业的健康发展。然而，到目前为止，对扇贝免疫防御分子机理的了解还很少，深入研究扇贝免疫应答的分子机制是认识和了解病害发生和实现病害控制的重要途径。本研究采用了EST大规模测序和3’RACE的方法，从栉孔扇贝cDNA文库中克隆到一个凝集素基因CfLec-2，并对功能进行了研究。 CfLec-2 cDNA全长708bp，5’非翻译区(Untranslated Region, UTR)含有59bp，3’非翻译区含有163bp，具有典型的多聚腺苷酸加尾信号序列AATAAA和多聚腺苷酸尾巴，开放阅读框(Open Reading Frame, ORF )含有486bp，编码162个氨基酸残基，该多肽的理论分子量为16.8 kDa，等电点为4.54。利用SignalP分析，发现其信号肽的剪切位置在VEA-QSL之间。经BLASTP比对分析可知，CfLec-2基因编码的蛋白与人的Brevican，Anguilla japonica的C-type lectin-1和C-type lectin-2， Rattus norvegicus的CD23有较高的相似性，其中与Brevican的一致性有37%。Clustal W多序列比对发现该多肽具有标准长型C型凝集素所必须的6个保守半胱氨酸和相对保守的糖识别位点。用SMART(Small Modular Architecture Research Tool)软件分析发现其具有一个保守的糖识别结构域(Carbohydrate-recognition Domain, CRD)，氨基酸序列上第49、125、141、149位置上的半胱氨酸参与形成糖识别结构域，而位于N末端的第21和32位上的两个半胱胺酸形成额外的一个二硫键，位于115、116和117上的Glu、Pro、Asp则构成了糖识别位点。 将编码CfLec-2成熟肽段的cDNA序列克隆进pET32a(+)载体中，并在大肠杆菌Rosetta-gami(DE3)中重组表达CfLec-2。重组蛋白利用其具有的His tag纯化并复性后发现CfLec-2可以凝集溶血葡萄球菌，且凝集过程不需要钙离子的参与。并且，CfLec-2对大肠杆菌TOP10F’有微弱的抑菌活性，对溶壁微球菌、溶血葡萄球菌和鳗弧菌则没有抑菌活性。这一结果说明，CfLec-2可能不仅参与对入侵微生物的识别过程，而且可能作为效应分子起到了直接杀灭入侵微生物的作用。 本研究发现CfLec-2具有和以前在栉孔扇贝报道的CFLec-1完全不同的功 能，说明栉孔扇贝利用不同的凝集素来识别不同的病原，同时也暗示栉孔扇贝中可能有更多不同功能的凝集素有待发现。研究结果丰富和发展了海水无脊椎动物免疫学的内容，对进一步了解扇贝固有免疫的机制，实现养殖扇贝疾病防治具有重要参考价值。

中华绒螯蟹（Eriocheir sinensis）Peroxiredoxin 6和Thioredoxin1基因的克隆及表达

中华绒螯蟹是我国重要的水产经济动物，近年来养殖规模不断扩大，产量持续增加。但是，伴随着养殖规模的扩大，养殖环境也日益恶化并导致了大量疾病的发生，严重制约了中华绒螯蟹养殖业的健康发展。因此，疾病预防和控制对中华绒螯蟹养殖业的可持续发展具有举足轻重的作用。与其他无脊椎动物一样，中华绒螯蟹的免疫系统没有免疫球蛋白和淋巴细胞，而是依靠由细胞免疫和体液免疫构成的固有免疫系统来对病原进行识别和清除。中华绒螯蟹的固有免疫机制的研究有助于推动中华绒螯蟹病害防治工作的开展。 本研究采用大规模EST测序方法，结合末端快速扩增（rapid amplification of cDNA ends，RACE）技术从中华绒螯蟹血淋巴中克隆到了过氧化物还原酶（peroxiredoxin，EsPrx6）和硫氧还蛋白（thioredoxin，EsTrx1）基因的cDNA 全长序列；采用实时荧光定量PCR 技术检测了这两个基因在健康个体中表达的组织分布情况以及鳗弧菌刺激后血淋巴细胞中的时序表达规律；同时，将这两个基因的编码区克隆到pET 系列载体，并在大肠杆菌中实现了重组表达，并进行了体外活性检测。 过氧化物还原酶是一个抗氧化蛋白超家族，在保护机体免受活性氧（reactive oxygen species，ROS）的伤害中发挥着重要作用。中华绒螯蟹Prx6（EsPrx6） 基因的cDNA 全长为1076 bp，5` UTR（untranslated region，UTR） 为69 bp，3` UTR 为347 bp，开放阅读框（open reading frame，ORF）为660 bp，编码219 个氨基酸的蛋白。mRNA 3`-端具有多聚腺苷酸加尾信号（polyadenylation signal）AATAAA 和polyA 尾巴。EsPrx6 的预测分子量为 24 kDa，理论等电点为6.21，具有一个保守的Prx 结构域、一个AhpC 结构域和过氧化物酶催化活性中心PVCTTE，表明EsPrx6 属于1-Cys 型Prx。在所检测的组织中均有EsPrx6 的表达，其中以肝胰腺表达量最高，为血淋巴细胞中表达量的17.4 倍。鳗弧菌刺激后，血淋巴细胞中EsPrx6 的表达下降，到12 h 时，实验组显著低于对照组（P<0.05）；随时间推移，表达水平逐渐回升，但在整个实验期间，都没有恢复到起始水平。将EsPrx6 进行体外重组并在大肠杆菌E. coli BL21（DE3）中实现表达，重组EsPrx6 具有预期的抗氧化活性和过氧化物酶活性，其中抗氧化活力为14.69 U/mg 蛋白，高于相同条件下GSH 的抗氧化力（P<0.05），过氧化物酶活力为23.46 U/mg 蛋白。结果表明，EsPrx6 作为一种重要的抗氧化剂，在中华绒螯蟹抵御ROS 可能引起的氧化损伤方面具有重要作用。 硫氧还蛋白是广泛存在于生物体内的一种具有硫醇依赖性的具有还原活性的蛋白。中华绒螯蟹Trx1（EsTrx1）基因的cDNA 全长为641 bp，5` UTR 为17 bp，3` UTR 为306 bp，开放阅读框为318 bp，编码105 个氨基酸。EsTrx1 的预测分子量为12.2 kDa，理论等电点为4.8。EsTrx1 不含信号肽，其氨基酸序列与其他动物的Trx1s 具有高度相似性，如与地中海黄蝎的Trx1 相似度达到73%；而与其他物种Trx2 的同源性很低，相似度仅为14.3-22.8%，表明EsTrx1 属于Trx1 亚族。实时荧光定量PCR 检测发现，EsTrx1 在鳃、性腺、肝胰腺、肌肉、心脏和血淋巴细胞中都有表达。血淋巴细胞中EsTrx1 mRNA 的表达量在菌刺激后上升，刺激后6 h，实验组表达量显著高于对照组和空白组（P<0.05），然后逐渐恢复到刺激前水平。为进一步探讨其生物学功能，将EsTrx1 进行体外重组并在大肠杆菌E. coli BL21（DE3）得到表达，重组EsTrx1 具有预期的氧化还原调节活性，抗氧化活力为3.06 U/mg，且抗氧化活力高于GSH（P<0.05）。rEsTrx1 的二硫键还原活力为5.03，低于凡纳滨对虾的二硫键还原活力（10.44），接近于大肠杆菌（4.93），小牛胸腺（6.50）和小牛肝脏（5.09），而高于鲍鱼Trx2（1.83）活力。结果表明，EsTrx1 在生理条件下能够作为一种重要的抗氧化剂，参与对细菌感染的免疫应答反应。

中国明对虾免疫系统中抗氧化相关基因的克隆与表达分析

对虾病害在世界范围内的广泛传播，给水产养殖和沿海农村经济造成了重大损失。深入开展对虾免疫机制研究并在此基础上寻找对虾疾病防治的有效方法已成为当务之急。研究表明，当对虾等甲壳动物受到外界病原刺激时，其体内的吞噬细胞在吞噬活动中会激活磷酸己糖支路的代谢，引起呼吸爆发，产生多种活性氧分子。另外，受到病原侵染的对虾还会产生其他多种免疫反应，这些免疫反应将消耗大量的能量（ATP），产能的呼吸链会加速运转，由此也会引发大量活性氧的产生。这些活性氧分子可以杀灭入侵的病原微生物，但同时由于活性氧分子反应的非特异性，它们也会对宿主的细胞、组织和器官造成严重伤害，进而导致对虾生理机能的损伤和免疫系统的破坏。所以，消除对虾体内因过度免疫反应产生的过量氧自由基将能够增强其抵御病原侵染的能力，提高免疫力。本论文从中国明对虾体内克隆了线粒体型超氧化物歧化酶（mMnSOD）、胞质型超氧化物歧化酶（cMnSOD）、过氧化氢酶（Catalase）和过氧化物还原酶（Peroxiredoxin）等四种与免疫系统相关的抗氧化酶基因，分析了它们的分子结构特征，组织分布及应答不同病原刺激的表达变化模式，并对其中的mMnSOD基因和Peroxiredoxin基因进行了体外重组表达、分离纯化和酶活性分析。 采用RACE技术从中国明对虾血细胞中克隆了两个超氧化物歧化酶（SOD）基因，通过序列比对分析发现，其中一个为mMnSOD基因，另一个为cMnSOD基因。mMnSOD基因的cDNA全长为1185个碱基，其中开放阅读框为660个碱基，编码220个氨基酸，其中推测的信号肽为20个氨基酸。多序列比对结果显示中国明对虾mMnSOD基因的推导氨基酸序列与罗氏沼虾、蓝蟹的推导氨基酸序列同源性分别为88%和82%。Northern blot结果表明，该基因在对虾的肝胰脏、血细胞、淋巴器官、肠、卵巢、肌肉和鳃等组织中均有表达。半定量RT-PCR结果显示，对虾感染病毒3 h时，该基因在血细胞和肝胰脏中的转录水平显著升高。此外，通过构建原核表达载体，本研究对该基因进行了体外重组表达，并对纯化的重组蛋白进行了质谱鉴定和酶活分析。cMnSOD基因的cDNA全长为1284个碱基，其中开放阅读框为861个碱基，编码287个氨基酸。多序列比对结果显示中国明对虾cMnSOD基因的推导氨基酸序列与斑节对虾和凡纳滨对虾的同源性高达98%和94%。组织半定量结果显示，cMnSOD基因在对虾被检测的各个组织中均有表达。 另外，半定量RT-PCR结果表明，对虾感染病毒23h时，该基因在肝胰脏中的转录上升到正常水平的3.5倍；而感染后59 h时，该基因在血细胞中的转录上升到正常水平的2.5倍。 利用根据其他生物过氧化氢酶保守氨基酸序列设计的简并引物，结合RACE技术，从中国明对虾肝胰脏中克隆到了过氧化氢酶基因的部分片段，片段长1725个碱基。多序列比对结果发现目前所得中国明对虾Catalase基因部分片段的推导氨基酸序列与罗氏沼虾和皱纹盘鲍Catalase氨基酸序列的同源性分别达到95%和73%。通过实时荧光定量PCR技术对中国明对虾Catalase基因在各个组织中的分布情况及病毒感染后该基因在血细胞和肝胰脏中的转录变化进行了研究。结果发现，该基因在肝胰脏、鳃、肠和血细胞中表达水平较高，在卵巢、淋巴器官和肌肉中的表达水平相对较弱；感染病毒23 h和37 h时，对虾血细胞和肝胰脏中该基因mRNA的表达量分别出现显著性上升。 依据中国明对虾头胸部cDNA文库提供的部分片段信息，结合SMART-RACE技术，从中国明对虾肝胰脏中克隆到了过氧化物还原酶基因（Peroxiredoxin）， 该基因的cDNA全长为942个碱基，其中开放阅读框为594个碱基，编码198个氨基酸。中国明对虾Peroxiredoxin基因的推断氨基酸序列与伊蚊、文昌鱼和果蝇等Peroxiredoxin基因的推断氨基酸序列同源性分别为77%、76%和73%。其蛋白理论分子量为22041.17 Da，pI为5.17。Northern blot结果表明，Peroxiredoxin基因在对虾的肝胰脏、血细胞、淋巴器官、肠、卵巢、肌肉和鳃等组织中均有表达。实时荧光定量PCR结果显示，弧菌感染后，该基因在对虾血细胞和肝胰脏中的转录水平都有明显变化并且表达模式不同。另外，对该基因进行了体外重组表达，并对纯化的重组蛋白进行了质谱鉴定和酶活性分析。酶活性分析表明，复性后的重组蛋白能在DTT存在的条件下还原H2O2。

栉孔扇贝与海湾扇贝免疫学比较研究

扇贝是我国重要的海水养殖品种，但自1997年以来，养殖扇贝陆续爆发的大规模死亡，不但造成了巨大的经济损失，而且直接威胁到现有产业的生存和发展。引起扇贝大规模死亡原因是多方面的，其主要原因是病原滋生、养殖环境恶化和种质衰退。因此，深入研究扇贝免疫防御机制，探讨提高机体抗病力的有效途径和方法，改良种质和培育抗病品系，促进我国扇贝养殖业的健康、可持续发展。本文通过比较栉孔扇贝和海湾扇贝正常状态和重金属污染胁迫下相关免疫指标的变化及HSP70和HSP90在重金属胁迫后表达规律，以期更好的了解贝类的防御机制，为扇贝病害防治提供资料。 本研究采用流式细胞仪技术对栉孔扇贝和海湾扇贝血细胞死亡率、细胞吞噬率和呼吸爆发进行了测定，发现正常状态下两种扇贝的细胞死亡率相差不大，呼吸爆发的基础值相差也不大，而海湾扇贝细胞吞噬率显著高于栉孔扇贝。在血淋巴和肝胰腺中，海湾扇贝SOD、ACP酶活性均显著高于栉孔扇贝；海湾扇贝的MDA含量也高于栉孔扇贝，但差异不显著。鳗弧菌感染实验发现，海湾扇贝累积死亡率远低于栉孔扇贝。上述结果表明，海湾扇贝对细菌等异物的吞噬和杀灭能力以及机体自身的抗氧化能力高于栉孔扇贝，这为海湾扇贝比栉孔扇贝具有更高的抗逆性提供了证据。 不同浓度Pb2+刺激后，海湾扇贝血细胞的死亡率明显低于栉孔扇贝。海湾扇贝细胞吞噬率和呼吸爆发均高于栉孔扇贝。对两种扇贝体液免疫指标的测定发现，海湾扇贝的SOD、ACP活性和MDA含量均高于栉孔扇贝。结果表明，在Pb2+刺激下两种扇贝都处于重金属氧化胁迫下，其免疫系统均受到了影响，但相同剂量的Pb2+对两种扇贝的毒害程度不同，海湾扇贝受到的影响要低于栉孔扇贝。 采用同源克隆和cDNA 末端快速扩增（RACE）技术，从海湾扇贝血淋巴中克隆到了热休克蛋白90（AiHSP90）基因。AiHSP90的cDNA序列全长为2669bp，其中5' 非编码区（UTR）为90bp，3' UTR为44bp，开放阅读框（Open Reading Frame, ORF）包括2175bp，2524-2528位AATAA为推测的AiHSP90基因的 mRNA 多聚腺苷酸加尾信号（Polyadenylation Signal）。开放阅读框编码724个氨基酸残基，推测的理论分子量为83.08 kDa，等电点为4.81。 利用荧光实时定量PCR 技术检测了AiHSP90基因在革兰氏阴性菌鳗弧菌和革兰氏阳性菌藤黄微球菌感染后不同时间点相对于β-actin基因的表达。在鳗弧菌和藤黄微球菌刺激后，除72h外AiHSP90均上调表达，在9h其mRNA表达达到最大值，分别约为空白组的6.8倍和3倍；随后随着时间的推移，其表达下降，在48h恢复到接近空白组的水平；到72h时降到最低点。鳗弧菌对AiHSP90的诱导比藤黄微球菌要高，这也反映出鳗弧菌对海湾扇贝有更强的毒力，诱导的HSP90表达也更强。本研究首次揭示出在软体动物中HSP90在细菌感染条件下的表达情况，结果表明海湾扇贝AiHSP90参与了机体对细菌感染的应答。 采用荧光实时定量PCR技术，对栉孔扇贝和海湾扇贝在不同浓度、不同种类重金属胁迫后HSP70和HSP90基因表达规律进行了比较。结果显示，镉和铅对栉孔扇贝处理10天后即诱导HSP70以较高水平表达，20天后镉处理组HSP70恢复到与对照接近的水平，而在铅处理组也呈现出下降的趋势。而海湾扇贝HSP70基因表达与栉孔扇贝恰好相反，处理20天后其HSP70表达才出现较高水平。铜离子处理对诱导两种扇贝HSP70的影响相似，对栉孔扇贝HSP70的诱导强度更大。对于同一种重金属，不同的浓度诱导的HSP70表达也各不相同。而对于HSP90，海湾扇贝在受到三种重金属刺激后HSP90的表达量均高于栉孔扇贝，而且长时间的刺激（20天）诱导了更高的HSP90基因表达。不同的浓度的同一种重金属离子诱导的HSP90表达也各不相同。这些结果表明，在重金属胁迫下HSP70以及HSP90在栉孔扇贝和海湾扇贝中均表现出不同的应答方式。结合前面海湾扇贝抗逆性较强的综合结果，两种扇贝热休克蛋白基因表达的比较提示我们栉孔扇贝HSP70的激烈反应预示着抗逆能力的不足，而海湾扇贝HSP90的高表达却预示着更强的抗逆能力，有待于更多应激实验如热刺激、病原刺激等的进一步验证。

扇贝大防御素和G型溶菌酶的基因克隆与重组表达

扇贝养殖是我国传统的海水养殖产业，但自1997 年以来，养殖扇贝陆续爆发的大规模死亡，不但造成了巨大的经济损失，而且严重影响了该产业的健康发展。扇贝病害的不断爆发以及病因的多样性迫切要求制定新的疾病防治措施和开发新型的抗菌物质。 从扇贝自身的免疫防御因子入手，筛选和克隆参与免疫防御的功能基因，一方面可以研究抗病功能基因在病原感染或环境胁迫条件下的表达规律，深入探讨扇贝的免疫防御机制，并可作为抗病良种选育的分子标记，指导扇贝的遗传改良和抗病品系的培育；另一方面，可对抗菌效应物实现重组表达，开发新型的病害预防治疗制剂，取代目前普遍使用的抗生素和化学药物。抗菌效应物是机体在免疫应答过程中产生的多肽类物质，对侵入生物体内的细菌、病毒具有很强的免疫杀灭作用，对抗菌效应物的研究有助于深入了解机体先天性免疫防御的机制。 本研究采用大规模EST测序方法，结合cDNA末端快速扩增（RACE）技术，从海湾扇贝血淋巴中克隆到了大防御素基因（big defensin, AiBD）的全长cDNA序列，该cDNA全长为531 bp，其中5' 非编码区（UTR）为24 bp，开放阅读框（Open Reading Frame, ORF）含有369 bp，编码122 个氨基酸残基；随后为138-bp 的3' UTR，包括一个多聚腺苷酸信号序列（AATAAA）和ploy A尾巴。分析表明，海湾扇贝大防御素是以前体的形式合成，前体分子包括信号肽、前域和成熟肽三部分。采用Northern blot方法，以DIG标记的DNA探针检测了 AiBD mRNA在不同组织中的表达。结果发现，AiBD 基因的转录本主要在血淋巴中表达，在鳃中也有微量的表达，而在外套膜、闭壳肌、性腺及肝胰腺中检测不到杂交信号。采用QRT-PCR（quantitative real time PCR）对鳗弧菌感染后海湾扇贝血淋巴中AiBD mRNA 的表达量进行了检测，结果发现在感染后8 h 内， AiBD mRNA 的相对表达量平缓升高；随着刺激时间的增长，AiBD基因的mRNA表达量急剧增加，在刺激后16 h 和32 h 分别达到了空白组的72.3 倍和131.1 倍。为了研究海湾扇贝大防御素的抗菌活性，将其成熟肽编码区克隆到毕赤酵母表达载体pPIC9K并实现了重组表达。抑菌实验表明，重组AiBD具有广谱的抗菌活性，其对供试的三株革兰氏阳性菌（藤黄微球菌、溶壁微球菌、金黄色葡萄球菌）都表现出显著的抗菌活性，而对革兰氏阴性菌（鳗弧菌、亮弧菌）的抑菌活性则相对较弱；此外，重组AiBD对表达宿主也表现出杀菌活性，证明其具有抗真菌活性。 根据栉孔扇贝G 型溶菌酶基因的cDNA序列，利用构建的Genome Walking 文库获得了栉孔扇贝G 型溶菌酶基因的全长序列，该基因序列全长为8131 bp，由六个外显子和五个内含子组成。六个外显子长度分别为55 bp，60 bp，90 bp，113 bp，145 bp 和140 bp；五个内含子的长度分别为1126 bp，2161 bp，2744 bp，750 bp和592 bp；内含子的两侧都具有RNA正确剪接所必需的识别位点（GT/AG）。利用TRANSFAC 软件对栉孔扇贝G 型溶菌酶基因的5' 侧翼序列分析发现，该基因的5' 侧翼具有 TATA box 和 CAAT box 的共有序列；此外，在该基因的5' 侧翼发现了C/EBP、NF-κB、OCT-1 和 NF-IL6 等参与免疫基因激活的转录因子潜在结合位点。采用Northern blot方法，以生物素标记的RNA 探针检测了栉孔扇贝G 型溶菌酶基因在不同组织中的表达。结果发现，该基因的转录本主要在鳃、性腺及肝胰腺中表达，在血细胞和外套膜中也有微量的的表达，而在闭壳肌中检测不到杂交信号，这表明栉孔扇贝G 型溶菌酶可能兼备参与机体免疫防御和消化的功能。为了研究栉孔扇贝G 型溶菌酶的抗菌活性，将其成熟肽编码区克隆到毕赤酵母表达载体pPIC9K并实现了重组表达。抑菌实验表明，重组产物具有显著的抗阳性菌活性，其对供试的藤黄微球菌、溶壁微球菌表现出明显的抑制作用，对金黄色葡萄球菌未检测到抑制活性；而对革兰氏阴性菌仅表现出微弱的抑菌活性（亮弧菌和鳗弧菌），对大肠杆菌则基本无抑制活性。

栉孔扇贝CfLITAF基因的克隆与表达分析

关于无脊椎动物中是否存在细胞因子一直都存在着异议。从细胞因子本身入手，运用细胞生物学和免疫学手段，已经在软体动物、节肢动物和棘皮动物等无脊椎动物中证实了高等动物细胞因子样活性物质的存在，然而利用分子生物学手段至今没有得到任何核苷酸或蛋白序列信息，而从与细胞因子相关的分子如调控其表达的转录因子入手来研究无脊椎动物中的细胞因子样物质的存在，或许会得到意想不到的惊喜。 最近从人的单核细胞系THP-1中分离纯化出一种新型的转录因子，它可以被LPS诱导表达，产生的蛋白在TNF-α的表达过程中起着非常重要的作用，因而命名为LPS-induced TNF-α factor（LITAF）。随后该基因在小鼠和鸡中也被克隆分离出来，其编码的蛋白已经证实在TNF-α的表达过程中起着不可或缺的作用。迄今为止，在无脊椎动物中还没有相关同源基因的报道。 本研究采用大规模EST测序方法，结合锚定PCR技术从栉孔扇贝体内克隆到了高等动物LITAF基因的同源基因CfLITAF的全长cDNA序列。该cDNA全长为1240bp，其中5' 非编码区（UTR）为112 bp；开放阅读框（Open Reading Frame, ORF）包括450 bp，编码149个氨基酸残基，该多肽的理论分子量为16.08 kDa，等电点为6.77；3' UTR为678bp，包含一个poly A尾巴。SMART结构域预测发现CfLITAF蛋白含有一个保守的LITAF结构域。实时定量PCR检测CfLITAF基因在栉孔扇贝主要免疫器官中的表达分布情况，发现在所检测的六种组织血细胞、外套膜、肌肉、心、腮、性腺中均能检测到CfLITAF基因转录本的不同丰度的表达。血淋巴和肌肉中的表达量相差不大，而在心、外套膜、腮和性腺中的表达量要高于血淋巴和肌肉中的表达量，分别是血中表达量的2.45、2.82、9.23和24.93倍。 为了验证其表达量是否会受到LPS的诱导，利用QRT-PCR（quantitative real time PCR）检测了CfLITAF基因在受到LPS和PGN刺激后在血细胞中的表达规律。结果如下：在LPS刺激后3h，CfLITAF的表达量显著上调，达到了原初水平的1.5倍，随着时间的延长，其表达量逐渐恢复到刺激前水平；在用PGN刺激血细胞后的9个小时内均没有检测到CfLITAF基因mRNA表达量的显著变化。实验中所用血细胞为同一批原代培养的栉孔扇贝血淋巴细胞，细胞活力通过台盼蓝拒染实验测定。 CfLITAF基因的克隆与表达分析，不仅为进一步认识栉孔扇贝的免疫防御机制提供了实验参考，更重要的是为无脊椎动物中细胞因子样物质的研究提供了一个分子水平上的线索，为无脊椎动物中细胞因子样物质的研究奠定了理论基础。

栉孔扇贝抗氧化酶基因的克隆与表达分析

扇贝是我国海水养殖的重要品种，但自1994年以来，养殖扇贝陆续爆发的大规模死亡，不但造成了巨大的经济损失，而且直接威胁到现有产业的生存和发展。扇贝病害的不断爆发以及病因的多样性迫切要求制定新的疾病防治措施和开发新型的抗菌物质。因此，深入研究扇贝免疫防御机制，探讨提高机体抗病力的有效途径和方法，改良种质和培育抗病品系，无疑是解决目前困扰扇贝养殖业健康可持续发展的必经之路。 抗氧化酶可以清除活性氧，是维持机体内氧环境平衡，抵抗外界环境影响的重要免疫因子。本研究采用大规模 EST 测序方法和同源克隆的方法，结合 cDNA 末端快速扩增（RACE）技术，从栉孔扇贝中克隆到了超氧化物岐化酶(Superoxide dismutase，SOD)、过氧化氢酶(Catalase，CAT)、谷胱甘肽过氧化物酶（Glutathione peroxidase，GPX）等抗氧化酶基因的全长 cDNA序列，并对其基因结构进行了分析。同时，用实时定量PCR方法对这三个基因在健康扇贝血淋巴细胞、肾、鳃、肌肉、性腺等组织和在分别用鳗弧菌，溶壁微球菌和假丝酵母处理扇贝后不同时间段的表达差异情况进行了研究。 超氧化物歧化酶基因CfSOD的cDNA 全长为1022 bp，其中开放阅读框（Open Reading Frame, ORF）含有 459 bp，编码 153个氨基酸残基，无信号肽，为胞内蛋白。经BLASTP分析发现，CfSOD与其它动物具有较高的同源性。CfSOD中存在两个Cu/Zn-SOD的签名序列；另外Cu结合必须氨基酸(His-45，-47，-62 和-119)和Zn结合必须氨基酸(His-62，-70，-79和Asp-82)在CfSOD中保守。实时定量PCR 检测发现，CfSOD在鳃、血细胞和肾中有较高的表达。在鳗弧菌和溶壁微球菌刺激后，CfSOD的相对表达量逐渐下降，然后分别在32小时和16小时的时候恢复到刺激前的表达水平。在假丝酵母刺激后，CfSOD的mRNA表达没有显著差异。 栉孔扇贝过氧化氢酶基因CfCAT的cDNA全长为3146 bp，其中开放阅读框含有1521bp，编码507个氨基酸残基，无信号肽，为胞内蛋白。经BLASTP分析发现，CfCAT与其它动物具有较高的同源性。 CfCAT中存在过氧化氢酶近端活性位点和过氧化氢酶近端血红素配体签名序列，另外存在两个糖基化位点 NFS和 NFT，同时在CfCAT 的C末端存在过氧化物酶体定位信号AQL，为典型过氧化氢酶。实时定量PCR 检测发现，健康的扇贝中CfCAT在鳃和性腺中有较高的表达。CfCAT基因在鳗弧菌刺后表达升高，在4小时达到最高，约是刺激前表达量的6.8倍（P<0.05），后随着时间的变化而逐渐下降。在8小时表达量达到为刺激前表达量的1.3倍（P<0.05），在16和32小时略高于刺激前的水平。在溶壁微球菌刺激后CfCAT基因表达量也呈上升趋势，在刺激后4小时达到刺激前表达量的约2倍，然后有所下降，在16 小时又上升到刺激前表达量的2.9倍。CfCAT基因在假丝酵母刺激后的表达略有升高，4小时约是刺激前的1.2倍（P<0.05），在其他时间段变化不明显。 栉孔扇贝谷胱甘肽过氧化物酶基因CfGPX的cDNA 全长为1290 bp，其中开放阅读框含有705bp，编码235个氨基酸残基，有一个24核苷酸的信号肽序列。经BLASTP 分析发现，CfSOD与其它动物具有较高的同源性。CfGPX中发现谷胱甘肽过氧化物酶活性位点的签名序列， 另外发现硒半胱氨酸和硒半胱氨酸插入序列，为含硒型谷胱甘肽过氧化物酶。实时定量PCR 检测发现，未经处理的扇贝中CfGPX在性腺、肌肉、血和肾中有较高的表达。CfGPX基因在鳗弧菌刺后表达量快速上升，在6 小时的时候表达量达到最高，为刺激前的4.0倍（P>0.05），后随着时间的变化而逐渐下降。在溶壁微球菌刺激后CfGPX在前6小时表达略有降低，在6小时的时候表达量为刺激前的0.5倍（P<0.05），后随着时间的变化而逐渐升高。在16小时的时候表达量为刺激前的2.1倍（P<0.05）。在假丝酵母刺激后， CfGPX的表达量略有下降在8小时的时候表达量为刺激前的0.8倍（P<0.05）。 实验证明栉孔扇贝的超氧化物歧化酶基因CfSOD，过氧化氢酶基因CfCAT，谷胱甘肽过氧化物酶基因CfGPX基因在机体抵抗外界微生物刺激中起到了重要的作用。

扇贝丝氨酸蛋白酶抑制剂基因CfKZSPI及Aikunitz的克隆与重组表达

扇贝养殖是我国重要的海水养殖产业，然而自1997 年以来，养殖扇贝陆续爆发的大规模死亡，不但造成了巨大的经济损失，而且严重影响了该产业的健康发展。丝氨酸蛋白酶抑制因子及丝氨酸蛋白酶在无脊椎动物的免疫应答中起着核心作用，它们的协同作用直接导致外界病源入侵的信号转导和级联放大，并进一步激活一系列防御体系，如黑化反应、血液凝结和抗菌肽的合成等。因此，克隆扇贝参与免疫防御的丝氨酸蛋白酶抑制剂基因并对其功能进行研究，将有助于进一步研究扇贝的免疫防御机制，丰富和发展无脊椎动物免疫学的内容。 运用大规模EST技术和RACE技术从栉孔扇贝中克隆出一个Kazal型丝氨酸蛋白酶抑制剂基因，定名为CfKZSPI。该基因cDNA序列全长1788bp，其中5' 非编码区（Untranslated Region, UTR）为97 bp，3' UTR161 bp，有一个典型的多聚腺苷酸信号序列（AATAAA）和一个ploy A 尾巴，开放阅读框（Open Reading Frame, ORF）含有1530 bp，编码509 个氨基酸残基。对其推测氨基酸序列进行分析，发现其中包括22个氨基酸残基组成的信号肽序列和12个Kazal型丝氨酸蛋白酶抑制剂结构域。采用QRT-PCR（quantitative real time PCR）对鳗弧菌浸泡刺激后栉孔扇贝血淋巴中CfKZSPI 的 mRNA表达量进行了检测，发现其mRNA 的表达量在鳗弧菌刺激后3h明显上升，达到空白组的43.6倍；然后在6h时有所下降，为空白组的15.0倍；随着菌刺激时间的增长，CfKZSPI基因的 mRNA 表达量急剧增加，在刺激后8h，12h，24h分别达到空白组的174.1，207.8，675.4倍。统计分析发现3h（P=0.019<0.05）和12h（P=0.020<0.05）时，CfKZSPI基因mRNA表达量与空白组差异均显著。为了研究栉孔扇贝CfKZSPI的蛋白活性，将其第十二个结构域克隆到pET-32a（+）载体中，转化大肠杆菌Rosetta-gami（DE3）表达菌株，获得可溶性表达的蛋白rCfKZSPI-12，对其进行抑制蛋白酶活性的分析，发现其对胰蛋白酶有很强的抑制活性，而对凝血酶没有抑制活性。当rCfKZSPI-12与胰蛋白酶分子比率为1：1时，约90%的蛋白酶活性被抑制。运用狄更斯作图法研究rCfKZSPI-12对胰蛋白酶的抑制能力，结果发现其对胰蛋白酶的抑制常数为173 nmol L-1。 采用同样方法从海湾扇贝cDNA文库中克隆出一个Kunitz型丝氨酸蛋白酶抑制剂基因，定名为Aikunitz。该基因全长632 bp，其中5' UTR 为105 bp，3' UTR 为 245 bp，有一个典型的多聚腺苷酸信号序列（AATAAA）和一个ploy A 尾巴，ORF 含有282 bp，编码93 个氨基酸残基。推测的氨基酸序列N末端有一个20个氨基酸残基组成的信号肽序列，成熟蛋白包括一个Kunitz型丝氨酸蛋白酶抑制剂结构域。采用QRT-PCR对鳗弧菌和藤黄微球菌感染后海湾扇贝血淋巴中Aikunitz 的mRNA的表达量进行了检测，结果发现其在鳗弧菌刺激后3h到9h持续上升，9h时表达量为PBS对照组的4.49倍（P=0.008<0.05），然后开始下降，在72h时表达量为对照组的0.24倍（P=0.021<0.05）；而在藤黄微球菌刺激后3h到12h其表达量上升，其中6h时为空白组的5.95倍（P=0.0004<0.01）；12h以后迅速下降，其中24h的表达量为对照组的0.38倍（P=0.028<0.05）。将Aikunitz基因编码的成熟蛋白按照重组CfKZSPI-12的方法进行重组表达，并对重组蛋白进行抑制蛋白酶和抑菌活性分析。结果发现其对胰蛋白酶和弹性蛋白酶两种丝氨酸蛋白酶都没有抑制作用。抑菌实验同样发现，重组Aikunitz 对供试的革兰氏阳性菌藤黄微球菌和革兰氏阴性菌鳗弧菌和大肠杆菌都不显示明显抑菌活性。

The responsive expression of heat shock protein 22 gene in zhikong scallop Chlamys farreri against a bacterial challenge

HSP22 is a member of a small HSP subfamily contributing to the growth, transformation and apoptosis of the cell as well as acting as a molecular chaperone. In the present study, CfHSP22 cDNA was cloned from Chlamys farreri by the rapid amplification of cDNA ends technique. The full-length cDNA of CfHSP22 was of 1279 bp, consisting of a 5'-terminal untranslated region (5'UTR) of 122 bp, a 3'UTR of 581 bp with a canonical polyadenylation signal sequence AATAAA and a poly( A) tail, and an open reading frame of 576 bp encoding a polypeptide with a molecular mass of 22.21 kDa and a predicted isoelectric point of 9.69. There was an alpha-crystallin domain, a hallmark of the sHSP subfamily, in the C-terminus, and the deduced amino acid sequence of CfHSP22 showed high similarity to previously identified HSP22s. CfHSP22 was constitutively expressed in the haemocyte, muscle, kidney, gonad, gill, heart and hepatopancreas, and the expression level in the hepatopancreas was higher than that in the other tissues. CfHSP22 transcription was up-regulated and reached a maximal level at 12 h after the bacterial challenge, and then declined progressively to the original level at 48 h. These results suggested that CfHSP22 perhaps play a critical role in response to the bacterial challenge in haemocytes of scallop C. farreri.

Cloning, characterization, and expression analysis of extracellular copper/zinc superoxide dismutase gene from bay scallop Argopecten irradians

Extracellular superoxide dismutase (ECSOD) is a major extracellular antioxidant enzyme that protects organs from damage by reactive oxygen species (ROS). We cloned a novel ECSOD from the bay scallop Argopecten irradians (AiECSOD) by 3' and 5' RACE. The full-length cDNA of AiECSOD was 893 bp with a 657 bp open reading frame encoding 218 amino acids. The deduced amino acid sequence contained a putative signal peptide of 20 amino acids, and sequence comparison showed that AiECSOD had low degree of homology to ECSODs of other organisms. The genomic length of the AiECSOD gene was about 5276 bp containing five exons and six introns. The promoter region contained many putative transcription factor binding sites such as c-Myb, Oct-1, Sp1, Kruppel-like, c-ETS, NF kappa B, GATA-1, AP-1, and Ubx binding sites. Furthermore, tissue-specific expressions of AiECSOD and temporal expressions of AiECSOD in haemocytes of bay scallops challenged with bacteria Vibrio anguillarum were quantified using qRT-PCR. High levels of expression were detected in haemocytes, but not in gonad and mantle. The expression of AiECSOD reached the highest level at 12 h post-injection with V. anguillarum and then returned to normal between 24 h and 48 h post-injection. These results indicated that AiECSOD was an inducible protein and that it may play an important role in the immune responses against V anguillarum. Crown Copyright (C) 2008 Published by Elsevier Ltd. All rights reserved.

Intracellular copper/zinc superoxide dismutase from bay scallop Argopecten irradians: Its gene structure, mRNA expression and recombinant protein

Superoxide dismutases are an ubiquitous family of enzymes that function to efficiently catalyze the dismutation of superoxide anions. Two unique and highly compartmentalized bay scallop Argopecten irradians superoxide dismutases: MnSOD and ecCuZnSOD, have been molecularly characterized in our previous study. To complete characterize the SOD family in A. irradians, a novel intracellular copper/zinc SOD from the A. irradians (Ai-icCuZnSOD) was obtained and characterized. The full-length cDNA of Ai-icCuZnSOD was 1047 bp with a 459 bp open reading frame encoding 152 amino acids. The genomic length of the Ai-icCuZnSOD gene was about 4279 bp containing 4 exons and 3 introns. The promoter region containing many putative transcription factor binding sites were analyzed. Furthermore, quantitative reverse transcriptase real-time PCR (qRT-PCR) analysis indicated that the highest expression of the Ai-icCuZnSOD was detected in gill and the expression profiles in hemocytes of bay scallops challenged with bacteria Vibrio anguillarum and lipopolysaccharide (LPS) were different. The result presented an increased expression after injection with LPS whereas no significant changes were observed after V. anguillarum injection. A fusion protein containing Ai-icCuZnSOD was produced in vitro. The rAi-icCuZnSOD is a stable enzyme, retaining more than 80% of its activity between 10 and 60 degrees C and keeping above 88% of its activity at pH values between 5.8 and 9. Ai-icCuZnSOD is more stable under alkaline than acidic conditions. Crown Copyright (C) 2009 Published by Elsevier Ltd. All rights reserved.