筛选日本血吸虫雌虫雌雄合抱前后差异表达基因及功能初步鉴定

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目的:血吸虫病是血吸虫感染引起的一种危害严重的人兽共患病。虫卵不但是血吸虫病的主要传染源也是血吸虫病最重要的致病因子。血吸虫是雌雄异体的吸虫,雌雄合抱的生理学过程对雌虫的性成熟和雌虫产卵的作用是至关重要的。本研究通过基因芯片技术筛选出血吸虫雌雄合抱前后差异表达基因,探究参与雌雄合抱发生的分子机制,寻找出与雌虫性成熟及产卵有关的基因。我们希望这项研究可以为血吸虫病的治疗和预防提供新的靶点。  方法:收集血吸虫尾蚴,以1000条/只感染新西兰兔,分别与感染后16天、18天、24天采用灌注法收集虫体,通过预冷PBS和雌雄分离等处理后作为样品送至上海伯豪生物有限公司做基因芯片实验。对芯片结果进行聚类分析筛选出合抱前后差异表达基因,并对这些差异基因进行生物信息学分析。从分析的结果中挑选从合抱初期到合抱后期表达量一直升高的13个基因和表达量下降的2个基因,利用荧光定量PCR验证结果是否与基因芯片一致。结合生物信息学分析结果及荧光定量PCR结果,决定挑选fs800(AY810878.1)、cu-zn-sod(FN316039.1)、eggshell precursor protein(FN317063.1)这三种基因进行下一步功能鉴定的实验。首先通过荧光定量PCR分析上述基因在血吸虫不同发育阶段的表达情况,再利用原位杂交技术对这三种基因进行定位。随后用特异性Sjfs800 siRNA转染28天合抱的血吸虫,并在体外培养10天。通过qPCR在mRNA水平中测量干扰效应。通过激光共聚焦扫描显微镜观察日本血吸虫雌虫卵黄腺的形态学改变并使用光学显微镜观察日本血吸虫雌虫产卵数量的变化。  结果:通过 SAM对基因芯片筛选的结果进行差异聚类分析,去除重复的基因后,发现合抱后期与合抱前期相比差异表达的基因有198个,合抱后期与合抱初期相比差异表达的基因有132个,合抱初期与合抱前期相比差异表达的基因有26个。用荧光定量PCR对15个差异表达基因进行验证,有13个与基因芯片的结果是一致的,说明利用基因芯片筛选差异表达基因基本可靠。对差异表达基因进行 GO分析,结果显示合抱初期相对与合抱前期差异表达基因参与生物学的过程主要集中在氧化还原的过程、含氮化合物的代谢过程及环状化合物代谢过程。合抱后期相对于合抱前期差异表达基因参与生物学过程的基因主要集中在核苷酸代谢过程、碳水化合物代谢过程、磷代谢过程和转运过程。合抱后期相对于合抱初期差异表达基因参与生物学过程主要集中在转运过程、核苷酸代谢过程、碳水化合物代谢过程和磷代谢过程。KEGG分析差异表达基因编码的蛋白参与的代谢通路,结果显示合抱初期相对与合抱前期差异表达基因参与的代谢通路有7条,合抱后期相对与合抱前期差异表达基因参与代谢通路有56条,合抱后期相对与合抱初期差异表达的基因参与的代谢通路有47条。许多基因在TGF-β信号通路,Wnt信号通路、MAPK信号通路、PPAR信号通路中高表达,值得注意的是发现了在生殖发育相关信号通路中存在高表达基因。结合以上实验结果及相关文献的查阅,我们将目光聚集在合抱前期到合抱后期表达量一直升高的基因上,并最终选择了fs800,cu-zn-sod,eggshell precursor protein这三种基因。分析虫卵、尾蚴、16天雌虫、24天雌虫、42天雌虫这五个阶段fs800,cu-zn-sod,eggshell precursor protein的表达情况,其结果显示随着虫体的不断发育,这三者的表达量逐渐升高,均在42天达到高峰,表明这三者与虫体发育分化有着密切关系。利用原位杂交技术分别在28天虫体内对三个基因进行定位。在雌虫靠近卵巢位置的卵黄腺内有fs800的mRNA的阳性信号,eggshell precursor protein的mRNA则主要在雌虫卵模的位置发现有阳性信号,而cu-zn-sod的mRNA阳性信号则在雌雄虫体内均表达。应用SiRNA体外对28天雌雄合抱的成虫进行RNAi,培养10天后,观察发现相对于错配组和空白组,实验组fs800的表达量明显下降,干扰效率达到60%,同时雌雄虫的合抱率和雌虫的产卵量也有一定的下降。激光共聚焦结果显示相对于对照组,干扰组的雌虫的卵黄腺内未成熟的卵黄细胞增多,说明干扰了fs800后对雌虫的卵黄腺的正常发育有一定影响。  结论:本实验通过基因芯片技术成功筛选出大量雌虫合抱前后差异表达的基因。通过对这些基因的生物信息学分析,选取了 fs800,cu-zn-sod,eggshell precursor protein进行基因定位,发现fs800定位于雌虫的卵黄腺。随后对fs800进行干扰,初步的实验结果显示fs800与雌雄合抱及雌虫产卵有直接的关系,但具体的机制还有待进一步研究。
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