福建牡蛎(Crassostrea angulata)幼体变态相关基因及蛋白质组研究

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附着和变态是海洋无脊椎动物幼体生活史中关键的环节之一,变态的成功与否与种群动态密切相关。这一过程涉及到行为和形态学上激烈的变化,也涉及复杂的分子生物学过程。福建牡蛎(Crassostrea angulata)又称葡萄牙牡蛎,是我国东南沿岸重要的主导养殖贝类之一。本文采用分子生物学方法,研究福建牡蛎幼体附着和变态过程中相关功能基因的作用,探讨幼体附着和变态的分子机制,期望为贝类早期发育生物学和分子生态学提供新资料,也为牡蛎人工育苗技术改进提供理论基础。   本研究从福建牡蛎幼体转录组文库中获得了肾上腺素受体基因的EST片段序列,利用末端快速扩增技术(RACE)首次从福建牡蛎幼体获得肾上腺素受体基因cDNA序列,全长1833 bp。蛋白序列与肩突硬蜱的α型肾上腺素受体关系最近,氨基酸序列包含七次跨膜结构域,这是G蛋白耦联受体标志性的特征。还含有一个相对较长的第三细胞内结构域和一个较短的第四尾部结构域,这也是α型肾上腺素受体的特征。荧光定量PCR技术检测发现肾上腺素受体在福建牡蛎成体各组织都有分布,其中在外套膜和唇瓣组织表达量相对较高。同时还检测了肾上腺素受体在福建牡蛎幼体不同发育时期的表达情况,发现随着幼体的发育肾上腺素受体基因的表达不断升高,在附着变态前表达最高,随后开始逐渐下降。通过整体原位杂交实验发现肾上腺素受体主要定位在牡蛎幼体的顶点神经节周围,在幼体足和心脏的部位也有相对集中的分布。肾上腺素诱导实验发现,肾上腺素受体的表达受肾上腺素诱导调节。   同样利用RACE技术获得了蛋白激酶C受体(RACK)基因序列,全长1148bp,编码317氨基酸。从福建牡蛎幼体获得RACK基因编码的蛋白序列不仅与软体类有很高的相似性,与鱼类、两栖类甚至是哺乳类都有非常高的相似度,说明了RACK基因在历史进化过程中具有高度的保守性。利用cDNA序列设计引物,PCR获得了RACK基因的基因组序列,发现RACK基因组有7个外显子和6个内含子。对不同组织和发育时期的幼体检测,发现RACK在不同组织中都有分布,无组织特异性,但在不同发育时期的幼体中RACK基因会在变态过程中大量表达,说明了此基因与幼体的变态有着密切关联。通过去甲肾上腺素诱导实验发现RACK基因和蛋白激酶C基因都会表达明显上调,说明了PKC/RACK信号通路在福建牡蛎幼体附着变态过程中起了重要的作用。   利用RACE克隆获得了两个凋亡基因Ca-Caspase2和Ca-Caspase3,Ca-caspase2序列全长2528 bp,开放阅读框为1923 bp,编码641个氨基酸。软件推测蛋白序列的分子量为72.1 kD,等电点为6.66。Ca-Caspase2属于凋亡起始基因,在Caspase主导的细胞凋亡信号通路中处于起始位置,负责凋亡信号的传导。Ca-Caspase3序列全长1381 bp,开放阅读框为1215 bp,编码404个氨基酸。软件推测蛋白序列的分子量为46.1 kD,等电点为5.4。Ca-aspase2和Ca-aspase3基因都含有P10和P20大小亚基结构域,且含有保守的丝氨酸活性中心序列“QACRG”和组氨酸活性标签。Ca-Caspase3属于凋亡执行基因,处于细胞凋亡信号通路中末端,参与细胞凋亡的生理过程。利用整体原位杂交技术,将Ca-Caspase2和Ca-Caspase3基因表达定位在牡蛎幼体变态时期的面盘和足上,Ca-Caspase2可能介导了牡蛎幼体足部细胞凋亡的信号传导和蛋白激活,而Ca-Caspase3在幼体足部和面盘的消亡方面都起作用。   成功构建了带有胰岛素相关多肽受体基因的pGBKT7-IRR诱饵质粒和福建牡蛎幼体带有接头序列的cDNA文库,然后与带有接头序列的pGADT7-Rec共转染酵母菌株AH109,通过在营养缺陷酵母培养基上生长,筛选获得与胰岛素相关多肽受体有相互作用的基因IRRBP。通过比对搜索发现只有在太平洋牡蛎中发现IRRBP基因的同源序列,所以就目前来看IRRBP应该是牡蛎特有的一种基因。IRRBP基因在福建牡蛎幼体变态时期表达显著升高。在成体不同组织表达检测发现,外套膜和鳃组织表达量明显高于其它各组织,利用组织切片原位杂交发现IRRBP基因主要表达在外套膜和鳃组织的表皮细胞中。以上结果表明IRRBP基因对外套膜和鳃组织的生长具有重要作用,推测IRRBP可能是牡蛎特有的一种与生长密切相关的结合因子。   利用双向电泳技术对福建牡蛎幼体附着变态前和附着变态过程中蛋白质组进行差异表达分析。经质谱鉴定出来39种蛋白表达差异,并对39种差异蛋白进行了功能分类,利用荧光定量PCR技术验证了其中10个蛋白点的基因表达情况。发现有9个蛋白质点的mRNA表达水平和蛋白表达水平是一致的,有一个是相反的。发现的差异蛋白质点中有几个酶蛋白都是关于营养物质消耗的,如乙酰辅酶A脱氢酶、异柠檬酸脱氢酶和3-磷酸甘油醛脱氢酶。还有一个是精氨酸激酶,这是调节自身能量平衡的关建酶,也是无脊椎动物特有的一个能量存储方面的蛋白酶。还有一个是ATP合成酶,这些酶蛋白表达差异的变化说明了福建牡蛎幼体在变态过程中大量消耗自身营养物质来供给能量的需要。还有两种结构蛋白:筑丝蛋白和钙网蛋白,筑丝蛋白主要是纤毛或鞭毛的结构蛋白,此蛋白的减少是由于变态过程中面盘组织的消失引起纤毛的大量减少造成的。钙网蛋白是内质网结合钙离子的主要结构蛋白,钙网蛋白在幼体变态过程中升高预示了钙离子的含量在变态幼体中的升高,进而说明钙离子对福建牡蛎幼体在变态过程中对一些生理功能的发挥具有重要作用。
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