东方蜜蜂DNMT1a和DNMT1b蛋白的分子特征、系统进化及基因表达模式

摘要

DNA甲基化在调节昆虫的生长发育、环境适应和免疫应答等生物学过程中发挥重要作用。但目前东方蜜蜂(Apis cerana)的DNA甲基转移酶(DNA methyltransferase, DNMT)的研究较为滞后，相关信息有限。本研究解析东方蜜蜂的DNA甲基转移酶1a(AcDNMT1a)和DNA甲基转移酶1b(AcDNMT1b)的理化性质和分子特征，并检测AcDnmt1a和AcDnmt1b在工蜂幼虫肠道发育及应答蜜蜂球囊菌(Ascosphaera apis)侵染过程中的表达模式，为深入开展AcDNMT1a和AcDNMT1b的分子功能和表观调控机制研究提供参考和依据。通过生物信息学预测AcDNMT1a和AcDNMT1b的理化性质、分子特征及系统进化，并比较东方蜜蜂与其他昆虫DNMT1a和DNMT1b所含的结构域和保守基序。采用RT-qPCR检测东方蜜蜂工蜂幼虫肠道发育过程及应答蜜蜂球囊菌侵染过程中AcDnmt1a和AcDnmt1b的相对表达量。AcDNMT1a和AcDNMT1b的蛋白质相对分子质量分别约为127.20 kDa和164.48 kDa,亲水性系数分别为-0.584和-0.544,均不含跨膜结构域与信号肽；AcDNMT1a可同时定位于细胞核、细胞质和线粒体，AcDNMT1b可同时定位于细胞核与细胞质。AcDNMT1a和AcDNMT1b的三级结构模板均为4wxx.1.A。AcDNMT1a和AcDNMT1b均含有5个功能结构域，包括DNMT1-RFD、 zf-CXXC、 BAH＿Dnmt1-I、 BAH和DNA＿methylase。东方蜜蜂与黑大蜜蜂(Apis laboriosa)和大蜜蜂(Apis dorsata)的DNMT1a在进化树上聚为一支；东方蜜蜂与黑大蜜蜂的DNMT1b在进化树上聚为一支。AcDNMT1a和AcDNMT1b具有相似的蛋白质-蛋白质相互作用(protein-protein interaction, PPI)网络，与A0A2A3E789等10个蛋白形成互作网络。在幼虫发育过程中，AcDnmt1a和AcDnmt1b的表达量随日龄增长而降低，在6日龄幼虫中AcDnmt1a和AcDnmt1b的表达量较4日龄幼虫极显著下调。蜜蜂球囊菌接种后，AcDnmt1a的表达量在4～6日龄幼虫肠道中均下调表达；AcDnmt1b的表达量也在4～6日龄幼虫肠道中下调表达。AcDNMT1a和AcDNMT1b均为潜在的亲水性蛋白、非跨膜蛋白和胞内蛋白，主要分布在细胞核；东方蜜蜂和其他蜂的DNMT1具有较高的保守性；AcDnmt1a和AcDnmt1b在东方蜜蜂工蜂幼虫肠道发育过程中差异表达，并参与对蜜蜂球囊菌侵染的免疫应答。

关键词

东方蜜蜂 / DNA甲基转移酶 / 系统进化 / 表达模式 / 蜜蜂球囊菌