繭層絲膠蛋白組成與蠶繭解舒的關(guān)系

杜 鑫，陳玉銀，王永強＊

（1.浙江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院 蠶桑研究所，浙江 杭州310021； 2.浙江大學(xué)動物科學(xué)學(xué)院，浙江 杭州310012）

繭層絲膠蛋白組成與蠶繭解舒的關(guān)系

杜 鑫1，陳玉銀2，王永強1＊

（1.浙江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院 蠶桑研究所，浙江 杭州310021； 2.浙江大學(xué)動物科學(xué)學(xué)院，浙江 杭州310012）

絲膠蛋白的結(jié)構(gòu)直接影響蠶繭解舒的優(yōu)劣。絲膠突變系B84具有優(yōu)良的蠶繭解舒性狀，其繭層中含有特殊的Sericin2蛋白。本研究分析了3種主要絲膠蛋白的疏水性與二級結(jié)構(gòu)，比較后發(fā)現(xiàn)，相比其他2種普遍存在于繭層的絲膠蛋白，Sericin2蛋白的親水性更強、β片層結(jié)構(gòu)含量更低，是B84蠶繭具有優(yōu)良解舒性狀的原因。

絲膠蛋白；解舒率；疏水性；二級結(jié)構(gòu)

絲膠是繭層的主要成分之一，與繭絲質(zhì)性狀密切相關(guān)，其中與蠶繭解舒的關(guān)系最為直接。繭絲間絲膠粘合強度適中，離解易，不切斷落緒或切斷落緒相對較少時，蠶繭的解舒好，反之則解舒差。

絲膠突變系B84的蠶繭可以不經(jīng)處理直接干繭抽絲，具有特殊的高解舒性狀，其繭層中含有特殊的Sericin2蛋白［1］。雖然普通蠶品種的繭層中不含Sericin2蛋白，但其實該蛋白在普通品種的5齡蠶早期也會表達并儲存于中部絲腺腺腔，只不過到5齡中期就停止表達，之后Sericin1、Sericin3蛋白大量表達［2］，相比之下Sericin2蛋白含量極少，常規(guī)方法無法檢測到。而在B845齡后期的中部絲腺中Sericin2蛋白繼續(xù)表達并大量存在于繭層中，最終影響蠶繭的解舒。

本研究根據(jù)Sericin1、Sericin2和Sericin3蛋白序列對其疏水性及二級結(jié)構(gòu)進行比較分析，尋找與B84蠶繭高解舒性狀有關(guān)的證據(jù)，為進一步研究蠶繭解舒機理提供參考。

1材料與方法

以常規(guī)方法飼養(yǎng)B84、豐一至結(jié)繭，及時采繭并烘干。

干繭抽絲測試：各取10顆蠶繭，在干繭狀態(tài)下，對豐一與B84的蠶繭進行抽絲測試。

溫水處理繅絲測試：各取10顆蠶繭，溫水浸泡后（45℃，30min）后進行單繭繅絲。

高溫處理繅絲測試：各取10顆蠶繭，沸水浸泡1 min后在溫水（45℃）過渡1 min，然后進行單繭繅絲。

絲膠蛋白的疏水性和二級結(jié)構(gòu)預(yù)測通過GPMAW（v8.0）軟件實現(xiàn)。

2結(jié)果與分析

2.1絲膠突變系B84與實用品種豐一的蠶繭解舒性狀比較

在干繭狀態(tài)下，豐一的蠶繭全都無法索緒抽絲，而B84的蠶繭可以進行連續(xù)抽絲。經(jīng)溫水處理后，豐一還是全都無法繅絲，而B84的10顆蠶繭的平均解舒率為22.10%（±6.89%）。經(jīng)高溫處理后，豐一、B84蠶繭的解舒率數(shù)據(jù)見表1，與干繭抽絲、溫水繅絲的結(jié)果一致，B84蠶繭的解舒率明顯高于豐一，10顆蠶繭中有2顆沒有落緒，解舒率100%，有3顆落緒3次，解舒率25%，這就造成個體之間開差比較大，也是表1中B84標(biāo)準(zhǔn)差達到29.15的原因。

表1 豐一、B84的干繭經(jīng)高溫處理后的解舒率Table 1 Reeling ability of dried cocoons of Fengyi and B84 after high temperature treatment

2.2繭層絲膠的疏水性、二級結(jié)構(gòu)與解舒性狀的關(guān)系

有關(guān)絲膠與解舒性狀的研究大多是以絲膠整體為對象［3］，本文對繭層絲膠的主要成分Sericin1、Sericin3蛋白以及B84繭層中特有的Sericin2蛋白進行疏水性和二級結(jié)構(gòu)預(yù)測，結(jié)果分別示于圖1、圖2和圖3。

圖1橫線以上代表氨基酸殘基表現(xiàn)疏水特性，越往上疏水性越強；橫線以下代表氨基酸殘基表現(xiàn)親水特性，越往下親水性越強。

圖2橫線以上表示該位置具有形成無規(guī)卷曲結(jié)構(gòu)的傾向，越往上無規(guī)卷曲結(jié)構(gòu)的傾向越大，反之則越小。

圖3橫線以上表示該位置具有形成β片層結(jié)構(gòu)的傾向，越往上β片層結(jié)構(gòu)的傾向越大，反之則越小。

從圖1和圖3中可以發(fā)現(xiàn)，Sericin2蛋白的疏水性是三種絲膠蛋白中是最強的，而從其氨基酸序列來看Sericin2蛋白中β片層結(jié)構(gòu)可能是最低的。不過相比Sericin1和Sericin3蛋白，Sericin2蛋白形成無規(guī)卷曲結(jié)構(gòu)的傾向不強。

圖1 在豐一和B84繭層中鑒定得到的3種主要繭層絲膠蛋白的疏水性預(yù)測圖Figure 1 Hydrophobicity calculation of three sericin proteins in cocoon shells of Fengyi and B84

3討論

繭層絲膠蛋白的膨潤溶解性及其二級結(jié)構(gòu)與蠶繭解舒的關(guān)系一直是解舒機理研究的主要方向［4，5］。研究者通過實驗結(jié)果結(jié)合實際生產(chǎn)情況分析后得出結(jié)論：家蠶幼蟲在高濕度又不通風(fēng)的環(huán)境中上蔟吐絲，絲膠在排出蠶體后開始由液態(tài)向固態(tài)轉(zhuǎn)化，在這過程中絲膠內(nèi)水分大量散失，而空氣環(huán)境中的較多的水分將會使絲膠中的水分揮發(fā)速度變慢，如果此時的環(huán)境溫度也較高，分子熱運動加劇，使絲膠蛋白較易由原來的無規(guī)卷曲轉(zhuǎn)變?yōu)棣缕瑢咏Y(jié)構(gòu)，結(jié)晶度變高，導(dǎo)致絲膠蛋白的溶解度降低，使絲膠的膨潤、溶解和膠粘特性發(fā)生改變，解舒性能下降，難以繅絲；而在干燥通風(fēng)環(huán)境下，絲膠蛋白質(zhì)較易保持無規(guī)卷曲結(jié)構(gòu)，水溶性強，易于解舒繅絲。

B84繭層中除了一般的Sericin1、Sericin3蛋白還含有特殊的絲膠蛋白成分Sericin2，在這之前這種絲膠蛋白只在繭衣中被發(fā)現(xiàn)，因為在5齡中期前Ser?icin2蛋白一直是家蠶分泌的最主要的絲膠蛋白，在五齡中期后，Sericin2蛋白停止分泌，Sericin1和Seri?cin3蛋白取而代之并成為繭層絲膠的主要成分，而Sericin2蛋白則出現(xiàn)在繭衣中［6］。三種絲膠蛋白疏水性比較的結(jié)果表明，Sericin2蛋白具有較強的親水性，使其所在的B84繭層更容易吸水溶脹，在繭層絲膠提取試驗中也發(fā)現(xiàn)B84的繭層較易泡脹溶解，有了Sericin2絲膠蛋白的存在，經(jīng)過熱水處理的B84蠶繭較易吸水溶脹，繭絲離解的阻力小，因此其解舒性能極為優(yōu)異。此外，β片層和無規(guī)卷曲結(jié)構(gòu)分別會對蠶繭解舒率產(chǎn)生負(fù)面和正面的影響［7］，三種絲膠蛋白的二級結(jié)構(gòu)預(yù)測結(jié)果表明，Sericin2蛋白的β片層結(jié)構(gòu)最少，這種絲膠蛋白本身不容易形成致密有序的結(jié)晶化結(jié)構(gòu)，尚不清楚Sericin2蛋白對于B84繭層絲膠整體屬性會有多大的影響，但是可以肯定的是，含有大量Sericin2蛋白的B84繭層絲膠與普通品種的繭層絲膠相比，整體的β結(jié)構(gòu)含量偏低，絲膠的粘合強度較弱，因此繭絲易于從繭層中被剝離出來，最終使B84蠶繭表現(xiàn)出優(yōu)異的解舒性能。

圖2 從豐一和B84繭層中鑒定得到的3種主要絲膠蛋白的無規(guī)卷曲（random coil）預(yù)測圖Figure 2 Random coil calculation of three sericin proteins in cocoon shells of Fengyi and B84

圖3 從豐一和B84繭層中鑒定得到的3種主要絲膠蛋白的β片層（β-sheet）預(yù)測圖Figure 3 β-sheet calculation of three sericin proteins in cocoon shells of Fengyi and B84

［1］DU X，LI J，CHEN Y Y.Proteomic analysis of sericin in Bombyx mori cocoons［J］.Biotechnology and Bioprocess Engineering，2011，16（3）：438-444.

［2］TAKASU Y，YAMADA H，TAMURA T，et al.Identifica?tion and characterization of a novel sericin gene ex?pressed in the anterior middle silk gland of the silkworm Bombyx mori［J］.Insect Biochemistry and Molecular Biol?ogy，2007，37（11）：1234-1240.

［3］ 朱良均，姚菊明.家蠶繭解舒機理的研究［J］.蠶業(yè)科學(xué)，1998，24（1）：15-18.

［4］ 朱良均，姚菊明.桑蠶繭解舒研究的進展（1）［J］.絲綢，1998：44-46.

［5］ 朱良均，姚菊明.桑蠶繭解舒研究的進展（2）［J］.絲綢，1998：47-49.

［6］KLUDKIEWICZ B，TAKASU Y，F(xiàn)EDIC R，et al.Struc?ture and expression of the silk adhesive protein Ser2 in Bombyx mori［J］.Insect Biochemistry and Molecular Biol?ogy，2009，39（12）：938-946.

［7］ 朱良均.家蠶繭解舒優(yōu)劣的檢測研究［J］.紡織學(xué)報，2000，21（5）：306-308.

Relationshipbetween the Sericin Protein Components of Cocoon Shell and Cocoon Reelability

Du Xin1,Chen Yu-Yin2,Wang Yong-Qiang1＊
（1.Sericultural Research Institute,Zhejiang Academy of Agricultural Science,Hangzhou 310021,China;
2.College of Animal Sciences,Zhejiang University,Hangzhou 310029,China）

The structure of sericin protein directly influences the cocoon reelability.Sericin mutant strainB84 has excellent cocoon reelability with specific Sericin2 protein in its cocoon shell.In the research,we found that Sericin2 protein has stronger hydrophilicity and lower β structure content than Sericin1 and Sericin3 protein,which make the cocoon of B84 easier to unwind.

sericin protein;reelability;hydrophobicity;secondary structure

S886

A

0258-4069［2017］01-032-03

浙江省自然科學(xué)基金項目（Q13C170002）

杜鑫（1983-），男，浙江東陽人，助理研究員，主要從事家蠶遺傳育種與分子生物學(xué)。E-mail：duxin1226@sina.com

王永強，男，研究員。E-mail：osan@sina.com