温度胁迫下卵形鲳鲹的转录响应及其脊椎的组织病理和分子表征研究

来源 :上海海洋大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:huangy3874308
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脊柱畸形是鱼类集约化养殖的主要疾病之一,异常的脊椎发育可能会影响鱼的运动和捕食,导致生长速度减慢和对疾病的高度敏感性,严重的脊柱畸形也可能导致鱼类死亡。卵形鲳鲹是我国华南沿海一种重要的海水养殖鱼类,其骨骼畸形率可超过30%,椎体融合发生率可达37.4%。卵形鲳鲹生长和发育对水温有很强的依赖性,不适的温度会诱导骨骼畸形的发生。然而,骨形成分子调控途径内容仍然未能被理解与掌握,尤其在鱼类中的研究较少,温度致畸的原理尚未被完全理解,温度对脊柱发育和椎体融合发生的调控机制尚不清楚。本研究通过对温度胁迫下卵形鲳鲹仔鱼的转录组应答进行研究,从多方面探索温度致畸的可能原因,并探讨了温度胁迫对卵形鲳鲹胚后脊柱发育的影响以及高温条件下卵形鲳鲹幼鱼椎体融合发生的组织病理和分子表征。主要结果如下:(1)利用RNA-Seq技术对不同水温处理下(24℃、28℃和32℃)的卵形鲳鲹仔鱼进行转录组测序,研究了温度胁迫下卵形鲳鲹仔鱼的分子响应变化。结果显示,共获得501,367,768个clean reads,94,144个unigenes和5,828个差异表达基因。GO分析和KEGG分析表明,大量差异表达基因与代谢过程、蛋白质合成和营养物质消化吸收等过程有关。高温组中的差异表达基因在蛋白质消化吸收、脂肪消化吸收、淀粉和蔗糖代谢、维生素消化吸收、谷胱甘肽代谢等通路中富集程度最高。与鱼类骨骼发育相关的Shh、Sox9a、Col1a1、Col2a1和Ocn基因受不同温度胁迫的影响显著。(2)水温对卵形鲳鲹存活、骨骼发育有显著影响。仔鱼在孵化后0-32天内分别接受26、29、32℃3种温度的处理。在孵化后第32天时,鱼的生长速度显著提高,但存活率和RNA/DNA比值显著低于26℃和29℃条件下的鱼。在本研究结束时,32℃养殖水温下的鱼脊柱畸形率最高。为了获得最佳的生长性能,环境温度应保持在或低于29℃。BMP2、BMP4、BMP5、Sox9、Twist和vimentin水平受环境温度显著调节。高温可上调骨形成过程中一系列信号因子的表达,下调sox9的表达,影响ECM成分的产生,进而影响骨和软骨的发育,导致脊柱畸形。(3)分别在27℃和33℃条件下对其生长、椎体融合率、组织学差异和骨发育相关基因转录水平的变化进行了研究。当水温为33℃时,幼鱼生长较快,椎体融合率较高。长时间的高水温使椎体终板生长区的成骨层和弹性外膜减少。融合椎体的终板生长区被转化为软骨组织,然后软骨组织被重塑为骨。椎间脊索组织转化为骨,椎间隙消失。在正常脊椎表型中,相对短期的高温处理可促进软骨分化成熟相关基因的表达,也可促进成骨细胞分化相关基因的表达。随着培养时间的延长,软骨和成骨发育相关基因的表达受到抑制。在融合椎体中,软骨增殖得到促进,成骨分化被抑制,基质矿化可能被增强。卵形鲳鲹椎骨中与软骨细胞和成骨细胞发育相关的基因受到温度和时间的显著调控。本研究结果为理解卵形鲳鲹仔鱼对温度胁迫的响应模式提供了基础,并对卵形鲳鲹的苗种繁育和养殖提供了重要支持,为进一步认识脊柱畸形与骨发育的分子机制提供了新的依据,有助于进一步理解高温下椎体融合的发生机制。
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