大黄鱼干细胞诱导相关多能性因子的克隆与表达分析

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通过iPSCs技术获得iPSCs,建立个体特异的多能干细胞系,可为生长发育、种质资源保护、疾病防治及药物筛选研究等提供宝贵的实验材料,是一条新的从根本上解决大黄鱼养殖中的各种难题的有效策略模式。其中,多能性因子对iPSCs技术的研究是必不可少的,它们在调控胚胎干细胞(ESCs)的自我更新和多能性、原始生殖细胞(PGCs)的形成、早期胚胎发育、生殖细胞发生、器官发生、再生及增殖、生长、分化、凋亡等细胞过程等方面发挥重要作用。然而关于大黄鱼多能性因子的研究尚属空白。本文采用SMART-RACE技术克隆了大黄鱼Oct4、Sox2、Klf4和cMyc四个多能性基因,并进行了生物信息学分析;采用实时荧光定量PCR(qRT-PCR)技术和原位杂交技术研究了大黄鱼四个多能性基因的时空表达模式;还对组织细胞培养和基因转染进行了初步研究。主要研究成果如下:  1.克隆获得了大黄鱼Oct4、Sox2、Klf4和cMyc4个多能性基因。Lc-Oct4基因cDNA全长2642bp,5端非编码区(5 UTR)长623bp,3UTR长567bp,开放阅读框(ORF)编码一个476个氨基酸(aa)的蛋白,Lc-Oct4蛋白的N-端和C-端各有一个保守的DNA结合区—POUs区和HOX区;系统进化分析表明,大黄鱼Lc-Oct4蛋白序列与硬骨鱼的一致性高(65-85%),与四足动物的一致性低(38-65%),在进化树上大黄鱼Lc-Oct4蛋白最先与半滑舌鳎(Cynoglossussemilaevis)聚支。Lc-Sox2基因cDNA全长2135bp,5UTR长498bp,3 UTR长646bp,ORF编码一个322aa的蛋白,Lc-Sox2蛋白具有一个高度保守的DNA结合区—HMG盒;系统进化分析表明,Lc-Sox2蛋白序列在脊椎动物中的一致性都很高(77-98%),进化树上Lc-Sox2蛋白最先与红鳍东方鲀(Takifugu rubripes)聚支。Lc-Klf4基因cDNA全长2404bp,5UTR长255bp,3UTR长790bp,ORF编码一个452aa的蛋白,Lc-Klf4蛋白具有三个高度保守的DNA结合区—C2H2锌指结构;系统进化分析表明,Lc-Klf4蛋白序列与硬骨鱼的一致性高(66-93%),与四足动物的一致性低(<48%),进化树上Lc-Klf4蛋白最先与深裂眶锯雀鲷(Stegastes partitu)聚支。Lc-cMy基因cDNA全长2089bp,5UTR长338bp,3UTR长408bp,ORF编码一个440aa的蛋白,Lc-cMyc蛋白具有一个特征性的高度保守的HLH-LZ作为DNA结合区;系统进化分析表明,Lc-cMyc蛋白序列与硬骨鱼的一致性高(71-91%),与四足动物的一致性低(54-60%),进化树上Lc-cMyc蛋白最先与舌齿鲈(Dicentrarchus labrax)和革首南极鱼(Nototheniacoriiceps)聚支。  2.组织表达:qRT-PCR分析显示,Lc-Oct4基因在大黄鱼卵巢中呈现超高量的表达,并在635dph卵巢中的表达量最高;原位杂交结果也表明,Lc-Oct4基因主要分布于不同发育阶段卵母细胞的细胞质中,并在第Ⅱ期晚期和第Ⅲ期卵母细胞中的表达水平最高;Lc-Oct4基因在精原细胞和初级精母细胞中也有一定量的表达。Lc-Sox2基因主要高表达于脑、鳃、胃、性腺中,且在脑和眼中的表达具有性别差异,雌性高于雄性。Lc-Klf4基因在组织中广泛表达且具有性别差异,在雌鱼中的表达水平依次为脑>鳃>眼>心,在雄鱼中为心>精巢>鳃>脑,其中,在心、鳃、精巢中的表达为雄鱼>雌鱼,在眼中则为雌鱼>雄鱼;Lc-Klf4基因在精巢中的表达以635dph中的水平最高,且主要分布于精母细胞中。Lc-cMyc基因表达的性别差异仅存在于性腺中,Lc-cMyc基因特异性地极高量表达于卵巢中,且在635dph卵巢中的表达水平最高,主要分布于第Ⅱ期晚期和第Ⅲ期早期卵母细胞的细胞质中;在头肾和精巢中也有一定量的表达。  3.胚胎表达:qRT-PCR分析表明,Lc-Oct4基因在胚胎发育过程中的表达水平依次为多细胞期>囊胚期=原肠胚期;整胚原位杂交(WISH)结果也显示,Lc-Oct4基因仅在从2-细胞期至早期原肠胚的早期胚胎发育阶段表达,且在16-细胞期达到峰值。Lc-Sox2基因属于合子型的表达模式,从囊胚期开始呈动态的表达,其中在原肠胚期和胚孔封闭期的表达量水平高,在孵出后1天的仔鱼中Lc-Sox2基因主要表达于胚胎的头部和PGCs区。Lc-Klf4基因呈现合子型的表达模式,从原肠胚晚期开始表达,在胚孔封闭期、眼泡出现期和晶体出现期中的表达水平高;WISH结果也显示,Lc-Klf4基因主要分布于晚期胚胎的背部和头部。Lc-cMyc基因在各胚胎期中均有不同程度的表达,在早期胚胎发生中(2-细胞期—多细胞期),Lc-cMyc基因的表达水平非常高,在2-细胞期达到峰值;在胚胎发生晚期(囊胚期—孵出后1天的仔鱼),Lc-cMyc基因的表达水平依次为孵出后1天的仔鱼>孵出前期>眼泡出现期=多细胞期>心跳期,随着胚胎的发育,Lc-cMyc基因逐渐向胚胎背部聚集,最后主要分布于胚胎头部。  4.采用Lipofectamine2000脂质体将pAc5.1B-EGFP质粒成功转染到大黄鱼肝脏和脾脏的原代细胞中,转染率达到25-30%。
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