[发明专利]蜘蛛葡萄状腺丝蛋白基因序列的应用及其改良家蚕丝性能的方法

说明书

本发明公开了一种蜘蛛葡萄状腺丝蛋白基因序列的应用及其改良家蚕丝性能的方法。蜘蛛葡萄状腺丝蛋白基因为黑寡妇蜘蛛葡萄状腺丝或者园蛛葡萄状腺丝1倍碱基重复单元以1‑8倍连续重复构成的基因序列，具有改良家蚕丝性能等应用；先构建家蚕合成分泌葡萄状腺丝蛋白的载体pBac‑ACSP质粒，将质粒与辅助质粒导入到家蚕受精卵内，用转座子使荧光蛋白基因和葡萄状腺丝蛋白基因导入到家蚕基因组内，并稳定遗传和表达，育成分泌蜘蛛葡萄状腺丝蛋白的转基因家蚕。本发明发现了一种蜘蛛葡萄状腺丝蛋白基因的用途，并开发了一种新型家蚕蜘蛛仿生丝的改良家蚕丝性能的生产方法，降低生产成本，显著提高了蚕丝的机械性能。

技术领域

本发明涉及了一种基因的应用及其作用方法，尤其是涉及了一种利用蜘蛛葡萄状腺丝蛋白基因(ACSP)改良家蚕丝性能的方法。

背景技术

具有庞大家族的蜘蛛属于节肢动物门(Arthropoda)，蛛形纲(Arachnida)，蜘蛛目，目前已知含有112个科，3095个属，大概共有4万4千多种。大多数蜘蛛都能产生蜘蛛丝，例如雌性的织网蜘蛛(orb-weavers)可以产生七种不同类型的蜘蛛丝，包括大囊状腺丝(Major Ampullate Silk)，小囊状腺丝(Minor Ampullate Silk)，鞭毛状腺丝(Flagelliform Silk)，管状腺丝(Tubuliform silk)，梨状腺丝(Pyriform gland)，葡萄状腺丝(Aciniform Silk)等，每种丝都由不同的丝腺分泌，不同类型的蜘蛛丝具有各自的功能，共同搭建蜘蛛赖以生存和繁殖的蜘蛛网。蜘蛛丝纤维因出色的机械性能而闻名,它兼具稳定性、柔韧性、高强度和高延展性。

蜘蛛的葡萄状腺丝(Aciniform Silk，AcSp)具有多种功能，如在蜘蛛卵壳内形成柔软的衬里，是包裹猎物的坚实外壳和梨状腺丝的附着物。葡萄状腺丝蛋白约300kDa，包含(GGX)n结构域。黑寡妇蜘蛛(Latrodectus hesperus)完整的葡萄状腺丝(AcSp1)基因序列长39269bp，外显子为18999bp，被收录于基因库JX978171.1。与其他蜘蛛丝蛋白一样，黑寡妇蜘蛛的葡萄状腺丝AcSp1由非重复的N末端、C末端和16倍重复单元构成的核心序列组成，且重复单元以丝氨酸(S)、甘氨酸(G)和丙氨酸(A)为主。园蛛完整的AcSp基因序列长为10387bp，由非重复的N末端、C末端和15倍重复单元构成的核心序列组成，且前14个重复单元的长度均为203个氨基酸，而最后一个重复单元的长度为197个氨基酸，被收录于基因库MG021196.1。AcSp1蛋白重复区域约占整个蛋白质的88％，而且在重复区域中最丰富的三个氨基酸(甘氨酸，丙氨酸和丝氨酸)占总数的45％。

蜘蛛丝具有生物相容性、生物可降解性以及卓越的机械性能，其卓越性能是合成纤维和家蚕丝等无法超越的。但是，令人遗憾的是，由于蜘蛛的领土意识和自相残杀的本能，它们吐的丝就不可能大规模地生产。因此，蜘蛛丝蛋白的实际的应用市场就无法实现。越来越多的科学家就尝试利用分子生物学技术去制造转基因蜘蛛丝，已经在酵母菌，细菌,哺乳动物细胞,转基因植物和昆虫细胞等不同宿主中表达了蜘蛛丝蛋白。在这些生物中虽然都表达了蛋白，但是没有一个具备自然纺丝的能力，即异源蛋白生产系统无法将蜘蛛丝蛋白组装成丝纤维。另外，在这些宿主生物中还存在转基因表达产率低和溶解度低等问题。由于家蚕具有生长周期短、繁殖率高、个体中等、易被大批量驯养等优点，更重要的是它本身就可以大量生产蚕丝。因此，研究者便尝试用家蚕作为大量生产蜘蛛丝的生物反应器。