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蚤状溞(Daphnia pulex)是一种常见的淡水枝角类,为小型浮游动物,是第一个基因组序列被测序出来的溞类(Daphnia),已经作为一种新的模式生物被研究。其生殖方式特殊:当外界条件适宜时进行孤雌生殖(无性生殖);当环境条件恶化时会产生雄溞进行两性生殖(有性生殖)。但有时环境条件的改变并不会导致枝角类生殖方式转变。因此,有学者认为枝角类进行有性生殖可能主要是由自身基因决定,环境变化在一定程度上仅起诱导作用。但有关的生殖转换的相关基因及其分子机制尚不清楚。 本研究以蚤状溞为研究对象,采用RT-PCR和 RACE方法获得了蚤状溞dounlesex1(Dpdsx1)基因的cDNA全长,荧光定量PCR(Quantitative real-time PCR)和整体原位杂交(Whole-mountin suithybridization)技术分析了Dpdsx1mRNA在蚤状溞不同生殖状态下的表达特征。并用RNA干扰技术干扰Dpdsx1 mRNA的表达,研究其在不同生殖状态下的时空表达的变化。旨在确定参与蚤状溞生殖转换的功能基因,为其调控的分子机制提供理论基础。具体研究结果如下: (1)成功克隆了蚤状溞Dpdsx1基因的cDNA全长,cDNA全长为1639bp(Genbank No.: KC470706),包含了一个169bp的5-UTR区域和一个458bp的3-UTR区域,其中包括一个终止密码子(TAA),1个多聚腺苷酸加尾信号(AATAAA)。1008bp的开放阅读框(ORF)编码了335个氨基酸,含有两个结构域:DM结构域和Dimerisation domain。DpDsx1的理论等电点(pI)为8.84,计算分子量约为37.27KDa。根据SignalP4.0 Server分析,此多肽无信号肽序列。同源性比对结果显示,蚤状溞Dpdsx1与大型溞同源性最高为77%,其次盔形溞是为61%,模糊网纹溞为54%和多刺裸腹溞为39%。进化分析发现,蚤状溞与盔形溞、大型溞、多刺裸腹溞、模糊网纹溞等枝角类和膜翅目的意大利蜜蜂、蝇蛹金小蜂、切叶蜂等亲缘关系较近。而与家蚕、南美按实蝇、冈比亚按蚊、黑腹果蝇、赤拟谷盗、中国明对虾等亲缘关系较远。 (2)用Real Time PCR和整体原位杂交技术,检测了Dpdsx1mRNA在蚤状溞不同生殖状态下的表达特征:Real time-PCR实验结果表明,Dpdsx1在雄溞表达水平最高,其次是孤雌溞(带夏卵)、有性雌溞(带冬卵)、休眠卵和幼溞,雌溞与雄溞有显著性差异(P<0.05)。整体原位杂交结果显示在不同生殖状态溞体中Dpdsx1基因均有表达,但其部位与表达量不同,且在雌雄溞体中表现出性别差异。在雌雄溞的生殖腺均未检测到其表达,而在雄溞的第一触角和第一胸肢显现的尤为明显,且在复眼中也有表达,而孤雌溞和有性雌溞对应部位表达则相对较弱。说明 Dpdsx1基因很有可能有可能在蚤状溞生殖转换和性别分化过程上发挥重要作用。 (3)干扰Dpdsx1 mRNA的表达后分析其在不同生殖状态下的表达水平的变化,Real Time PCR和整体原位杂交技术检测了Dpdsx1mRNA在被干扰后表达特征的变化:Real time-PCR结果显示干扰后Dpdsx1 mRNA在雄溞、孤雌溞(带夏卵)、有性雌溞(带冬卵)的表达均有下降,其在孤雌溞中下降最为明显,其次是雄溞、有性雌溞(带冬卵)。 整体原位杂交结果显示干扰后Dpdsx1 mRNA与未干扰前相比,其部位和表达量明显减少变弱,与干扰后 Dpdsx1在不同生殖状态溞的荧光定量表达结果相似。在孤雌溞中未检测到任何表达位点;在有性雌溞中第一触角部位检测到少量表达;在雄溞第一触角的某些部分检测到表达位点,与未干扰前相比其表达位点和区域发生变化,其部位和表达量明显减少变弱。 结合干扰前后溞在不同生殖状态下的表达定位结果和荧光定量结果可知,Dpdsx1的表达和定位在不同溞中有特异性差异,在雄溞的特征性器官第一触角和第一胸肢干扰前后其表达有明显差异,综合上述结果我们认为Dpdsx1参与了蚤状溞的生殖转换和维持雄性性征的过程。