嗜水气单胞菌感染鲫鳃蛋白质组及免疫相关基因组织分布与时序表达分析

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鲫鱼(Carassius auratus)是我国淡水养殖的主要鱼类之一,一直以来由嗜水气单胞菌(Aeromonas hydrophila)感染引起的鲫出血性败血症是我国水产养殖业面临的重要疾病防控问题之一。本研究以嗜水气单胞菌浸泡感染鲫鱼为实验动物,以其鳃组织为主要研究对象,进行组织病理观察显示鳃小片基底部大量炎性细胞浸润、呼吸上皮细胞坏死脱落等病理变化。采用同位素标记相对和绝对定量(i TRAQ)技术对鳃组织对照组、感染组(6h+12h)的差异蛋白质组学研究,通过实时荧光定量PCR(q RT-PCR)方法进行目的蛋白基因的差异表达验证分析。结果表明,在感染鲫鳃中共鉴定获得差异表达蛋白430个,其中177个蛋白上调表达、253个下调表达。对差异表达蛋白KEGG富集分析,结果表明鳃免疫相关通路主要涉及黏液分泌、补体和凝血级联反应、抗原呈递和加工等信号通路。从i TRAQ测序结果中筛选获得鳃免疫相关蛋白21个,主要包括膜结合补体调节蛋白(g Tecrem-2)、c型溶菌酶(Lys C)、依赖ATP的RNA解旋酶(ddx5)、热休克蛋白(hsp90),巨球蛋白(α-2M)、补体(C9、C3、C7)、补体控制蛋白因子I-A(Cf I-A)和溶质载体4(slc4a1a)等10个上调表达蛋白,钙调蛋白(Ca M)、核转录因子Y(nfyal)、凋亡染色体凝聚诱导因子(acin1b)、蛋白酶体激活亚基(psme2)、剪接因子3B(sf3b5)、RNA结合蛋白(rbm8a、rbm25)、m RNA剪接因子前体(prpf18)、Ras-GTPase激活结合蛋白(g3bp2)和小核核糖核蛋白(snrpf、snrpd3l)等11个下调蛋白。经q RT-PCR方法检测验证21个蛋白基因m RNA水平与i TRAQ蛋白定量分析结果基本一致(r=0.695)。本研究结果表明鲫鳃在感染早期阶段可产生抗细菌感染免疫反应过程,有助于阐明鲫鳃黏膜局部免疫应答的分子机制。为研究鲫鳃组织中免疫相关基因的应答反应情况,进一步利用q RT-PCR技术对嗜水气单胞菌感染鲫鳃差异表达蛋白基因(MHCⅡ、ddx5、Ca M、caln、C3、C9、hsp90、sf3b5)的组织分布及时序表达规律研究。结果表明,MHCⅡ、ddx5、Ca M等8个目的基因在鲫不同组织中均有组成性表达分布,其中在皮肤、肠道、肝脏、脾脏和肌肉等组织中表达量相对较高,在鳃、心脏、脑和肾脏中低表达。同时,MHCⅡ、ddx5基因在感染6-48h鳃、皮肤和肠道等黏膜组织中出现显著诱导上调表达模式(p<0.05);Ca M、caln基因在鳃和皮肤组织中呈现先下调后上调趋势、主要在48h显著上调表达,而在肠道中以下调表达为主、caln仅在24-36h肠道中显著上调表达;C3、C9、hsp90、sf3b5基因在感染皮肤和肠道中出现上调表达、而在鳃中为下调表达模式,其中C3、C9仅在36h鳃中显著上调表达;并且C3、C9、MHCⅡ、hsp90、sf3b5和ddx5等6个基因在感染6-48h肝脏、脾脏和肾脏等系统免疫组织中出现显著诱导上调表达模式,而caln呈现“下调上调再下调”趋势、Ca M仅在脑中存在上调表达模式;值得一提的是,以上8个基因在感染诱导心脏、脑和肌肉组织中时序表达均存在显著性差异表达(p<0.01)。以上结果表明鲫鳃免疫相关基因不仅参与局部黏膜免疫应答,而且在鱼类机体系统免疫反应过程中发挥重要作用。采用生物信息学方法对鲫Lys C、ITLN基因c DNA全长序列及表达特征分析,结果显示Lys C基因推测编码145 aa,含有1个信号肽、1个溶菌酶结构域(LYZ1),2个保守的催化位点(Glu53、Asp69)等;组织分布结果显示,Lys C基因在鲫肠、肝、脾、肾、心和肌肉等组织中表达量相对较高,在感染后组织中均为上调表达模式,其中在感染36h后的鳃、皮肤、肠、脾、肌肉、脑组织中诱导显著性高表达(p<0.05)。ITLN基因编码314 aa,含有1个信号肽、C端纤维蛋白原结构域(FRe D)和2个保守的半胱氨酸位点(Cys55、Cys84);ITLN基因在鲫各个组织均有组成性表达,其中在皮肤、肠、肝、脾和肌肉组织中分布相对较高;在感染组织中以上调表达趋势为主,其中在36h鳃中为瞬时上调表达(p<0.01)。以上结果为进一步研究鱼类Lys C和ITLN基因功能及其确切的黏膜免疫应答机制提供科学参考。
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