张袁松等2011转基因家蚕生产含蜘蛛丝蛋白的新型复合茧丝纤维.docxVIP

转基因家蚕生产含蜘蛛丝蛋白的新型复合茧丝纤维张袁松1,2，赵天福2，赵爱春2，文红秀2，中垣雅雄31.西南大学纺织服装学院，重庆400715；2.家蚕基因组生物学国家重点实验室(西南大学)，重庆400715；3.日本信州大学纤维学部，日本长野县386-8567收稿日期：2011-05-04 修回日期：2011-08-29基金项目：中央高校基本科研业务费专项资金资助项目(XDJK2009B007)；教育部第39批留学基金项目(教外司留[2010]1174号)；教育部春晖计划资助项目(教外司留[2010]610号)；人力资源和社会保障部留学人员科技活动优先资助基金项目(渝人社办[2009]l16号)；西南大学博士基金项目(SWUB2007067)作者简介：张袁松(1971-)，男，副教授，博士。研究方向为新型纤维材料与功能纺织品。E-mail：yszhang@SWU.edu.en。原载：纺织学报2012/5；1-5【摘要】为了人工大量生产蜘蛛丝蛋白，蜘蛛牵引丝基因(MaSp1)被用piggyBac转基因载体导入家蚕染色体中。茧丝蛋白分析显示转基因家蚕可以生产含有蜘蛛牵引丝蛋白的复合茧丝新纤维。与天然茧丝相比，转基因家蚕茧丝强度增加5.3％ ，而断裂伸长几乎没有变化。研究表明利用转基因家蚕大量生产各种新型复合蛋白质纤维材料具有潜在的应用前景。【关键词】转基因家蚕；蜘蛛丝；复合蚕丝【中图分类号】TS 102.3；Q 967 文献标志码：A文章编号：0253-9721(2012)05-0001-05蜘蛛在其生命期中可以通过各种腺体产生如下7种不同的丝蛋白：大囊状腺产的牵引丝(又名牵引丝、拖牵丝)；小囊状腺产的框架丝；鞭状腺产的横丝；管状腺产的卵茧丝；集合腺产的横丝表面黏性物；梨状腺产的附着盘蛋白；葡萄状腺产的捕获丝[1]。这些丝蛋白在蜘蛛体内丝腺中是可溶性的蛋白质，大囊状腺分泌的牵引丝因其超高的强度和弹性而备受关注，牵引丝的断裂强度超过了同等直径的钢丝，断裂伸长率超过35％ ，高于普通的蚕丝纤维[2]。作为天然生物材料，人们希望获得力学性能优异的蜘蛛丝，进而应用于工业、军事、医药等领域。蜘蛛丝牵引丝纤维由2种主要蛋白质构成，分别是MaSpl(major ampullate spidroin1)和MaSp2蛋白，它们构成蜘蛛丝的比例大约是3:2。这2种蛋白质分子量为300 kDa左右，其核心部分是由100个串联重复序列组成，每个串联重复序列由30～40个氨基酸组成，其中富含甘氨酸、丙氨酸的高度重复序列，大量的甘氨酸、丙氨酸重复区域被认为形成蜘蛛丝纤维的结晶区，为蜘蛛牵引丝的高强力做出贡献[3-4]。为了获得大量的蜘蛛丝蛋白，研究人员进行了各种尝试，分别在大肠杆菌、酵母、植物、昆虫细胞、哺乳动物细胞、山羊等宿主进行了蜘蛛丝蛋白的表达[5-8]，文献[9]在家蚕细胞、幼虫中进行了表达，但是产量都不高，仅获得少量可溶解性的蜘蛛丝蛋白，要形成纤维还必须经过化学纺丝的方法，成本非常高。家蚕在25 d的幼虫生长期内体重可增加1万倍，其中主要是进行蛋白质的合成，所以家蚕是高效的蛋白质生物反应器，在丝腺中合成大量液态的蛋白质，通过吐丝器在空气中形成固态的茧丝。研究结果显示，蜘蛛牵引丝(MaSp1)与家蚕的丝素重链(FibH)具有相似的高度重复核苷酸序列，其氨基酸组成非常接近[10]。蚕和蜘蛛的生物纺丝过程也有些相似，它们都是在常温常压下进行的液晶纺丝，而且都能通过纺丝器官控制丝的结构和特性。近10年来，许多研究已经证明piggyBac转基因载体是一种相当有效的家蚕转基因工具，其方法已经比较成熟[11]。本文利用piggyBac载体将蜘蛛丝的牵引丝(MaSp1)基因导入家蚕染色体，探讨利用转基因家蚕生产含有蜘蛛丝蛋白的新型复合茧丝纤维。1 实验部分1.1 材 料家蚕N4品种、piggyBac转基因载体和MaSp1抗体由日本信州大学纤维学部提供，幼虫25℃ 桑叶饲育。1.2 实验方法1.2.1 克隆家蚕丝素重链启动子和LBS序列根据家蚕丝素蛋白的全基因序列设计了2对引物(primer)，分别扩增家蚕丝素重链(FibH)启动子和LBS(L Chain Binding Site)序列。1.2.2 转基因载体构建在之前的研究中，已经获得了一段1.5 kb的亚洲络新妇蜘蛛(Nephila clavata)牵引丝(MaSp1)DNA序列[9]。通过基因工程的方法，构建了一个完整的在家蚕丝素重链(FibH)启动子引导下的蜘蛛丝牵引丝基因表达序列(命名为FibH-MaSp1-LBS)。将这段完整表达序列导入piggyBac质粒构建转基因载体(piggyBac MaSp1)，如图1中A所示。注：两端的左斜线框代表piggyBac-MaSpl转座子的左右侧翼序列；3