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赤拟谷盗细胞色素P450 CYP345D3 cDNA基因克隆与序列分析

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第一章文献综述

1赤拟谷盗

1.1赤拟谷盗的发生与危害

1.2赤拟谷盗的抗性问题

2细胞色素P450

2.1细胞色素P450概述

2.2细胞色素P450的命名

2.3细胞色素P450的分布

2.4细胞色素P450的多样性

2.5细胞色素P450的结构特征

2.6细胞色素P450的功能

2.7昆虫细胞色素P450与害虫抗药性

2.8细胞色素P450介导的昆虫抗药性的分子基础

3 P450基因克隆策略

3.1分离纯化P450蛋白,制备抗体以筛选cDNA表达文库

3.2纯化P450蛋白,测定部分氨基酸序列,反推导成核苷酸序列设计简并引物筛选

3.3用已知的昆虫P450基因为探针筛选

3.4 PCR和RT-PCR克隆策略

3.5利用RACE方法克隆全长P450基因

3.6利用已完成全基因组测序物种基因组序列预测P450基因并设计引物克隆全长基因

第二章赤拟谷盗细胞色素P450基因片段的克隆

1试验材料

1.1饲料的处理与配制

1.2供试昆虫及饲养条件

1.3主要使用试剂

1.4主要使用仪器

1.5培养基的制备

1.6常用储备液及抽提液的制备

2赤拟谷盗P450 cDNA第一链的合成

2.1总RNA提取

2.2 RNA反转录

2.3 P450基因片断的扩增

2.4目的片段的克隆和测序

3结果与分析

3.1赤拟谷盗总RNA的提取

3.2 P450基因片断扩增结果

3.3 P450基因片段序列分析

4讨论

第三章赤拟谷盗P450 cDNA3’端序列的克隆及分析

1试验材料

2赤拟谷盗P450 cDNA的3’RACE

2.1赤拟谷盗总RNA的提取

2.2 3'RACE特异引物设计

2.3赤拟谷盗P450基因cDNA 3’端序列的扩增

3赤拟谷盗P450 cDNA 3’端序列分析

4讨论

第四章赤拟谷盗P450 cDNA5'端序列的克隆及分析

1试验材料

2赤拟谷盗P450 cDNA的5’RACE

2.1赤拟谷盗总RNA的提取

2.2 5'RACE特异引物设计

2.3扩增P450cDNA5’端序列第一链cDNA的合成(5'-RACE-Ready cDNA)

2.4 cDNA 5’末端的快速扩增

2.5 P450 cDNA5’端扩增片段电泳图

3结果与分析

3.1片段13的5’端的结果与分析

3.2片段14的5’端的结果与分析

3.3片段15的5’端的结果与分析

4讨论

第五章赤拟谷盗CYP345D3 cDNA全长的扩增

1材料与方法

2结果与分析

2.1赤拟谷盗P450 cDNA全长扩增结果

2.2 CYP345D3核苷酸及其ORF推导的氨基酸序列的基本信息

2.3同源性分析

2.4 CYP345D3与其他昆虫的P450氨基酸序列比对分析

2.5 CYP345D3的分子进化树

2.6 CYP345D3的蛋白同源模拟

3讨论

4研究展望

参考文献

附录

致谢

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摘要

本学位论文在国家自然科学基金的资助下,以赤拟谷盗为研究对象,对赤拟谷盗P450的基因进行克隆研究。从赤拟谷盗敏感品系中克隆获得一个新的细胞色素P450 cDNA全长序列,经国际细胞色素研究委员会命名为CYP345D3,GenBank的登陆号为EU008544。该核苷酸序列全长为1554bp,开放阅读框的范围是从第32个碱基到第1513个碱基,编码了493个氨基酸,分子量57466 kD。推导的氨基酸序列中含有最为经典的血红素结合基序FXXGXXXCXG(残基:430-439)以及其它所有P450的特征基序。序列比对表明,该序列与赤拟谷盗的P450基因CYP345D1(Tribolium castaneum,XP_966774)序列相似性最高,达到91%,其次为赤拟谷盗的CYP345D2(Tribolium castaneum,XP_969536),达62%;东亚飞蝗CYP6H1(Locusta migratoria,AF115777)和黑腹果蝇CYP6G1(Drosophila melanogaster,NM_136899)为36%;家蝇CYP6A1(Musca domestica,M25367)和尖音库蚊CYP6F1(Culex pipiens pallens,AY662654)为34%:尖音库蚊CYP6E1(Culex pipiens quinquefasciatus,AB001323)、家蝇CYP6C1(Musca domestica,U09233)、CYP6D1(U15168)和黑尾风蝶CYP681(Papilio polyxenes,Z29624)为33%。而与赤拟谷盗CYP346A1(Tribolium castaneum,XP_967901)同源性为32%;褐家鼠CYP3A1(Rattus norvegicus,NM_173144)为31%;褐家鼠CYP4A1(Rattus norvegicus,M57718)为25%;家鼠CYP1A1(Mus musculus,NM_009992)和赤拟谷盗CYP31A1(Tribolium castaneum,XP_970122)为24%。系统发育分析结果表明其他昆虫的CYP6家族的P450基因与CYP345D3的的亲缘关系比哺乳动物其它家族的P450基因更近,这也证实了序列比对的结果。以已知的人类肝脏的P450基因CYP3A4的蛋白晶体结构为模板,对得到的赤拟谷盗P450基因进行同源建模,得到了赤拟谷盗P450的模拟三维结构模型,并比对人类肝脏的活性中心,找到了赤拟谷盗P450的酶解活性中心半胱氨酸Cys437。本研究试图克隆其他赤拟谷盗细胞色素P450家族的基因全序列:利用cDNA末端快速扩增(3'RACE)技术,以简并引物扩增出的243bp序列信息为基础,设计上游特异性引物GSP和下游通用引物AP进行半套式扩增,获得2个3'RACE序列。然后以同样方法扩增5'RACE序列未获得成功,进而分析了5'RACE失败的原因,并提出相应的改进措施:(1)保证RNA的完整性;(2)在内部再设计一条特异性引物进行巢式PCR;(3)提高二次扩增的退火温度,优化扩增条件等。 对赤拟谷盗P450 cDNA基因进行克隆和序列分析,为研究P450在赤拟谷盗抗药性形成及发展中的作用如过量表达、氨基酸替换等奠定了基础,充实了生物进化及遗传变异的研究内容。同时针对发生改变的分子结构设计特定的靶标杀虫剂,为农药研究和害虫综合防治提供一定的理论依据。

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