豹纹鳃棘鲈体色变异相关基因的筛选与表达分析

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体色是鱼类形态多样性的特征之一,其在鱼类生长发育过程中的变化规律越来越引起人们的关注。拥有鲜红体色的豹纹鳃棘鲈深受到市场的欢迎,然而,在人工养殖过程中,豹纹鳃棘鲈幼鱼体色出现由红变黑的现象,进而造成大量的经济损失。因此,研究其“体色变化”现象的分子调控机制,不仅有助于提高我们对鱼类体色遗传的认识,同时为解决豹纹鳃棘鲈产业问题提供基础资料。本研究首先使用RNA-Seq技术对豹纹鳃棘鲈幼鱼进行了转录组测序,比较红色和黑色皮肤组织转录组中基因表达水平,筛选差异表达基因,挖掘与体色相关的基因和通路,并通过RT-q PCR验证相关基因在两种皮肤组织表达水平。随后,挑选黑色素生成相关基因(ednrb、mc1r、sox10、tyrl、tyrp1和wnt5a),基于豹纹鳃棘鲈基因组的序列信息,对这些基因的氨基酸ORF序列进行分析,并运用RT-q PCR检测它们在红色和黑色豹纹鳃棘鲈幼鱼皮肤中的表达。主要研究实验结果:1.使用RNA-Seq技术对红色和黑色豹纹鳃棘鲈幼鱼皮肤进行转录组测序,一共测了106.56 Gb数据。经过组装并去冗余后得到156,102个All-Unigene,平均长度、总长度、N50、GC含量分别为1,550 bp、241,959,840 bp、3,275 bp、45.72%。然后将All-Unigene比对到七大功能数据库进行注释,最终分别有93,383(NR:59.82%)、83,083(NT:53.22%)、80,627(Swiss Prot:51.65%)、82,007(KEGG:52.53%)、73,896(COG:47.34%)、72,874(Pfam:46.68%)、21,340(GO:13.67%)个All-Unigene获得功能注释。使用Transdecoder软件预测出78,839个CDS。同时使用MISA软件检测出59,876个SSR分布于35,258个All-Unigene中,以及预测出19,887个编码转录因子的All-Unigene。2.分析红色和黑色豹纹鳃棘鲈幼鱼皮肤转录组中基因表达,筛选出25,862个差异表达All-Unigene,体色关键基因如tyrp1、slc45a2、xdh、slc24a5、tyrl、hps5、pomc和pmel等被注释。通过KEGG Pathway富集分析,发现酪氨酸代谢、MAPK、Wnt和黑色素生成等通路参与了体色变化的调控。筛选出13个差异表达基因进行RT-q PCR验证。th、erk2、tyrp1、plcb1、map2k2、creb3l3、slc45a2、xdh、slc24a5、tyrl、hps5、hes1-b和trpm7的RT-q PCR与RNA-Seq表达趋势一致,表明实验结果较可靠。3.与其它硬骨鱼类相比,豹纹鳃棘鲈的tyrl基因分化程度较高,而ednrb、mc1r、sox10、tyrp1和wnt5a分化程度较低。在豹纹鳃棘鲈红色和黑色皮肤之间,ednrb、mc1r、sox10和wnt5a基因的表达没有显著差异。而黑色皮肤与红色皮肤相比,tyrl和tyrp1基因m RNA表达显著上调,说明tyrl和tyrp1参与豹纹鳃棘鲈幼鱼体色由红变黑的调控。
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