斑马鱼scd基因在低温应激中的功能研究

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温度是维持生命活动的重要因素,几乎影响鱼类所有的生理生化过程,进而对鱼类的一切生命活动造成影响。不同的鱼类都有其适宜生长的温度范围,当环境温度过低时,就会对鱼类产生不利的影响,如食欲减退、生长缓慢、代谢异常、免疫力下降等。当环境温度持续降低或低温胁迫的时间持续延长,则会造成鱼类的组织损伤,甚至导致鱼类死亡。目前许多养殖鱼品种都有不耐低温的特点,人工养殖对温度的要求比较严格。因此,研究鱼类对低温刺激的应答反应及其作用机制具有重要作用。硬脂酰辅酶A去饱和酶(stearoyl-coenzyme A desaturase,SCD)又称为Δ9脂肪酸去饱和酶(Δ9 Fatty acid desaturase,Δ9 FAD),是脂肪酸去饱和酶(Fatty acid desaturase,FAD)家族中的一员。SCD位于内质网上,是一种跨膜蛋白,是催化饱和脂肪酸合成单不饱和脂肪酸的限速酶。其作用的饱和脂肪酸底物是硬脂酰辅酶A(C16∶0)和棕榈酰辅酶A(C18∶0),分别在二者第九号碳原子和第十号碳原子间导入氢键,对应形成两种单不饱和脂肪酸,油酸(C16∶1)和棕榈酸(C18∶1)。这两种单不饱和脂肪酸是合成甘油三酯、胆固醇酯、蜡脂和膜磷脂的底物。膜磷脂是构成细胞膜的重要组分,因此SCD参与控制着细胞膜不饱和脂肪酸含量,对细胞膜的流动性具有重要意义。已有研究发现鲤鱼、罗非鱼、大黄鱼等在低温刺激下scd基因的表达量显著上升,提示scd基因在鱼类低温应激中发挥着重要作用,但其中的具体功能及其分子机制尚不清楚。在本课题中,我们选取模式动物斑马鱼作为研究对象。首先采用real-time PCR的方法检测scd基因在斑马鱼胚胎和斑马鱼成体组织中的表达模式,发现scd基因在斑马鱼胚胎中呈母源性表达,发育到一定时期后呈合子基因的表达,此外scd基因在斑马鱼成体组织中均有表达,其中脑和肝脏中的表达量最高。然后对斑马鱼胚胎进行不同时间的低温胁迫,检测到低温刺激下斑马鱼scd基因及其相关基因明显上调。将斑马鱼SCD蛋白的氨基酸序列进行比对和分析,发现SCD蛋白的结构和功能在物种进化过程中是高度保守的。最后体外构建scd基因的过表达载体,并于细胞中成功表达。综上所述,本课题进一步揭示了斑马鱼低温胁迫后scd基因的表达量显著上调,证明了scd基因参与了斑马鱼的低温应激。结合SCD蛋白在细胞功能中的相关研究,我们猜测这一现象可能与低温下细胞膜的流动性有关,这一假设为斑马鱼耐寒机制的研究提供了新思路。此外,scd基因过表达载体的构建为进一步研究斑马鱼scd基因的功能积累了材料,并为过表达scd基因斑马鱼品系的培育奠定了基础。
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