应用MSAP技术研究扇贝全基因组DNA甲基化水平

DNA甲基化作为真核生物基因组重要的表观遗传学修饰,对生物体基因的表达有重要的调控作用。为获得扇贝基因组DNA甲基化修饰水平及模式等表观遗传学信息,以栉孔扇贝(Chlamys farreri)、海湾扇贝(Argopecten irradians)、虾夷扇贝(Mizuhopecten yessoensis)以及本课题组培育的"海大金贝"为材料,建立了甲基化敏感扩增多态性方法(Methylation-sensitive amplified polymorphism,MSAP)的反应体系,利用该方法对其基因组DNA CCGG区域的甲基化水平进行分析。结果表明,本研究筛选得到的引物组合可用于贝类DNA甲基化的研究,在栉孔扇贝、海湾扇贝、普通虾夷扇贝和"海大金贝"的甲基化比例分别为32.08%、25.99%、32.88%和34.97%。几种扇贝基因组CCGG序列中,胞嘧啶的全甲基化率要高于半甲基化率,推测扇贝基因组中主要的甲基化模式是CpG型。通过对"海大金贝"和普通虾夷扇贝闭壳肌甲基化谱进行比较,筛查得到46个差异位点,这些位点可能参与"海大金贝"闭壳肌积累类胡萝卜素的调控。     

刺参(Apostichopus japonicus)不同组织基因组甲基化状态MSAP分析

利用MSAP技术分析成体刺参的呼吸树、肠、肌肉和体壁等组织的基因组DNA甲基化水平,获得了四个组织基因组甲基化率.甲基化水平由高到低依次是呼吸树、体壁、肌肉和肠,分别是35.77％、33.51％、32.72％和28.0％,其中全甲基化位点各占19.46％、18.39％、19.18％和15.97％.统计学分析结果显示肠组织的甲基化水平与其它组织的差异显著(P＜0.05),其余三个组织间差异不显著(P＞0.05),但呼吸树与肌肉的半甲基化水平差异显著(P＜0.05).由MSAP分析差异位点克隆得到四个甲基化特异性片段,经测序分析功能未知,推测为刺参基因足非编码区或新功能基因序列.     

虾夷扇贝TET基因在配子发生和早期发育中的表达模式

DNA甲基化参与调节动物配子发生和胚胎发育过程,TET基因负责DNA主动去甲基化,在基因印迹去除和细胞全能性获得中起重要作用。为了解海洋贝类配子发生和胚胎发育过程中DNA去甲基化如何发生,本研究以虾夷扇贝为研究对象,鉴定了其TET基因,并分析了该基因在性腺和胚胎幼虫发育中的表达变化。结果表明,虾夷扇贝基因组中含有1个TET基因(PyTET),该基因长39127 bp,包含10个外显子,编码1592个氨基酸,其蛋白具有完整的2OGFeDO超家族的加氧酶结构域。在性腺发育过程中,PyTET基因表达峰值出现在休止期精巢和增殖期卵巢,原位杂交结果显示其在精原细胞、精母细胞中均有表达,在卵母细胞中的表达明显高于卵原细胞;在早期发育过程中,其峰值出现在囊胚期。以上结果提示虾夷扇贝配子发生和胚胎发育过程中均发生了DNA主动去甲基化,这将有助于系统了解表观调控在贝类发育中的作用。     

仿刺参体壁再生过程中两个核糖体蛋白基因的表达差异

本研究首次从仿刺参(Apostichopus japonicus)体壁中克隆得到核糖体蛋白L30(ribosomal protein L30,RPL30)的c DNA全长序列(Gen Bank:JQ770165),该序列包括56 bp的5′-UTR,162 bp的3′-UTR和339b p的开放阅读框,共编码112个氨基酸;Blast比对分析结果显示该序列的核苷酸序列以及推导的氨基酸序列与其他物种的同源性均在75%以上;RPL30基因在仿刺参各组织中均有表达,其中肠、体腔细胞、纵肌、体壁中表达量分别为呼吸树的7.24倍(P0.01)、4.47倍(P0.01)、3.12倍(P0.05)、1.35倍(P0.05);仿刺参体壁再生不同阶段核糖体蛋白基因RPL30和RPL17的表达存在差异,体壁再生第7 d时RPL30基因的表达出现峰值,为对照组的2.13倍(P0.05),其余天数的相对表达量均低于对照组,其中第1、5、6d的表达量与对照组差异均显著(P0.05);RPL17基因在再生第2、5d分别出现峰值,分别为对照组的7.47倍和5.60倍(P0.05),其余各天的表达量与对照组差异不显著(P0.05)。研究结果表明核糖体蛋白基因除构成核糖体参与蛋白质合成外,还有着各自的核糖体外功能。本研究结果将为进一步研究仿刺参蛋白质合成、再生及多种生理活动的调控机制奠定基础。     

南移养殖仿刺参（StichopusjaponicusSelenka）铁蛋白基因的克隆及表达特征分析

采用cDNA文库、RACE、荧光定量PCR和Westernblot技术,克隆了南移养殖仿刺参铁蛋白基因的全长序列,并对其表达特征进行了研究。结果表明,南移养殖仿刺参铁蛋白cDNA全长1222bp,包括187bp的5’UTR;513bp的3’UTR和编码173个氨基酸残基的522bp的开放阅读框。诸如铁结合序列标签和铁调...     

夏眠期仿刺参肠组织实时荧光定量PCR分析中内参基因的筛选

在仿刺参(Apostichopus japonicus)正常时期、夏眠初期和中期,应用实时荧光定量PCR技术,检测CA043、dpolm、ro60、grb2、hiat1、nlrc4、farp1、cyc和gapdh9个候选内参基因在肠组织中的表达稳定性。利用DeltaCt、GeNorm、NormFinder和BestKeeper 4种程序进行统计分析。发现上述条件中,9个候选内参基因在上述条件中的表达稳定性存在一定差异,不同的软件处理分析,得到的基因稳定性排序不完全一致。综合4种程序的方法,筛选出基因grb2表达最稳定,可用作内参基因,其次为基因ro60及dpolm,而表达最不稳定的是CA043,不适宜作为内参基因。本研究为仿刺参中基因表达定量分析奠定了基础,同时为仿刺参中内参基因的选择提供一定参考依据。     

虾夷扇贝选育群体与野生群体基因组DNA甲基化的MSAP分析

基因组DNA甲基化作为表观遗传学研究的重要手段之一,在水产科学领域得到越来越广泛的应用。为从表观遗传学角度探讨虾夷扇贝选育群体-"玉贝"和普通虾夷扇贝群体的DNA甲基化差异,本文运用甲基化敏感扩增多态性(Methylation-sensitive amplification polymorphism,MSAP)技术分析了两群体的DNA序列中CCGG位点的甲基化情况。结果表明,筛选得到11对引物组合能够在两个群体中得到稳定扩增、清晰且多态性丰富的片段;11对引物在"玉贝"和对照群体中分别共检测到1432和1442个位点,其中发生甲基化的位点分别为306和341个,总甲基化率分别为21.5%和23.65%,"玉贝"总甲基化率下降2.15%;全甲基化位点分别为152和236个,全甲基化率为10.68%和16.37%,"玉贝"全甲基化率下降5.69%;半甲基化位点分别为154和105个,半甲基化率为10.82%和7.28%,"玉贝"半甲基化率上升3.54%;"玉贝"群体的甲基化多态性条带所占比例高于对照群体,分别为31%和29.167%,尤其是B类型条带链,"玉贝"群体明显高于对照群体。这说明,通过对虾夷扇贝生长和耐热性状的累代选育导致了DNA甲基化水平和模式的改变,本研究为进行虾夷扇贝抗逆基因的筛查提供了参考数据,丰富了表观遗传学在扇贝中的研究资料。     

刺参虾青素基因的克隆及不同体色个体间表达差异的分析

仿刺参(Apostichopus japonicus Selenka)的体色变化很大,多数背腹均为黄褐色,极少数呈白化特征,背腹均为纯白色。经人工繁育实验发现,白化仿刺参的子代仍多具白化特征。本文研究了虾青素基因与刺参白化特征的相关性。在克隆虾青素基因cDNA全长的基础上,比较了普通仿刺参和白化仿刺参在不同发育时期虾青素基因表达量的差异。结果表明,该基因的cDNA含有2058个核苷酸,编码560个氨基酸。经实时定量PCR分析,白化成参体壁中虾青素基因表达量显著低于普通成参;而在仿刺参色素沉积的早期,白化稚参体壁中虾青素基因表达量从受精后第39天开始显著低于普通稚参。可见,仿刺参体壁中虾青素基因的低表达与刺参白化特征的发生密切相关。     

栉孔扇贝(Chlamys farreri)过氧化物酶体增殖物激活受体基因的鉴定与表达分析

过氧化物酶体增殖物激活受体(peroxisome-proliferator-activated receptors,PPARs)是核激素受体超家族成员,在脂肪代谢过程中发挥重要的调控作用,目前贝类过氧化物酶体增殖物激活受体仍未见报道。本文利用已发表的栉孔扇贝(Chlamys farreri)基因组和转录组,获得其PPAR基因,命名为CfPPAR-like,基因开放阅读框全长1572 bp,编码486个氨基酸,预测蛋白质分子量MW为54305.3 Da,等电点pI为8.3,二、三级结构以转角和卷曲为主,无信号肽和跨膜区域,属于胞内蛋白。与脊椎动物PPARs蛋白序列比对表明CfPPAR-like包含DBD和LDB结构域,其中DBD区域保守性较高,而LBD的保守性较低。进化分析显示,栉孔扇贝等软体动物的PPARs聚为单独一支,仿刺参等棘皮动物的PPARs聚为单独一支,果蝇和线虫的PPARs基因同源物在进化树的最外端,脊椎动物的三种PPARs亚型分别聚类后,再与无脊椎动物PPARs聚类,结果支持核激素受体超家族在脊椎动物进化早期出现了各亚型这一假说。CfPPAR-like在幼虫发育过程中呈现普遍性表达,暗示其参与扇贝幼虫早期的分裂,贝壳的形成以及幼贝的变态过程;在成体各组织中,CfPPAR-like在栉孔扇贝的性腺、肾脏以及消化腺中表达量较高,表明其参与扇贝性腺分化、脂肪代谢等过程的调控。研究结果对于揭示贝类脂质代谢调控机制以及优良扇贝品种的培育具有重要意义。     

仿刺参(Apostichopus japonicus)肠道菌群的地域性差异与共性研究

作为高附加值水产养殖物种,仿刺参(Apostichopusjaponicus)的病害和病原微生物研究受到人们关注,但对其共生菌群组成、地域性差异及与水体环境间交流等方面的研究仍十分有限。本研究收集了来自中国、日本和韩国共786例仿刺参肠道、水体和沉积物的16SrRNA基因高通量测序数据,比较细菌群落组成以探寻仿刺参肠道微生物与环境和地域之间的关系。分析结果显示,尽管仿刺参肠道、水体和沉积物中各细菌组分的比例不同,但共有菌属甚多,表明仿刺参可以从外界环境大量获取微生物。与水体和沉积物的样本类型相比,仿刺参肠道微生物多样性最低且所含菌属的种类最少,进一步提示仿刺参肠道对外界来源的微生物进行了富集和筛选,其中变形细菌门(Proteobacteria)、假单胞菌属(Pseudomonas)、嗜冷杆菌属(Psychrobacter)和利斯顿氏菌属(Listonella)的富集尤为明显。中国、日本和韩国来源的仿刺参肠道微生物Alpha多样性无显著差异,但主坐标分析将它们聚为不同的簇,且各自拥有独特的细菌门类。比较中国渤海和黄海两个海区的仿刺参肠道菌群获得了相似的结果,体现出广泛的地域性差异。基于细菌分类的功能预测发现三个国家仿刺参肠道微生物均具有发酵、化能异养和需氧化能异养功能,表明共生菌群在功能上存在共性,并可能对宿主生理产生相同的作用。本研究揭示了仿刺参肠道微生物在不同地域之间存在明显差异,并且与水体环境之间存在着密切的联系,能够为仿刺参共生微生物及其与宿主健康的相关性研究提供基础性资料,并可能在自然循环过程和渔业资源保护过程中发挥作用。     

文昌鱼线粒体基因组特征分析及分子标记探讨

线粒体基因组已被广泛应用于后生动物分子系统发育和群体遗传的研究。文昌鱼（Amphioxus）作为研究脊椎动物起源和进化的模式动物,在脊椎动物起源和进化研究中占据极为重要的位置。作者综合分析文昌鱼2科7个种的51条线粒体基因组全序列,全面揭示了文昌鱼线粒体基因组的基本特征。文昌鱼线粒体基因组均编码后生动物标准的37个基因...     

仿刺参不同体外标记方法效果的比较

为筛选出仿刺参(Apostichopus japonicus)体外标记方法,研究了体腔植入标记物法、体壁半包埋法、棘部及体壁穿刺法、体壁胶粘法和石灰环嵌套法。研究结果表明,前4种方法标记保留时间均未超过2 d,且有严重排异反应,影响活动和摄食,难以满足标记要求,体壁胶粘法保留时间可达2 d,且活动摄食正常,可用于短期标记。使用石灰环嵌套法标记小规格仿刺参10 d后标签保留率达到75.8%,标记大规格仿刺参3个月后标签保留率可达93%,初步确定石灰环嵌套法可作为仿刺参体外长效标记的方法。     

刺参PDRG基因全长克隆及其夏眠期间在消化道中的表达特征

夏眠是刺参的重要生理特征; 夏眠期间, 刺参体重明显减轻, 器官萎缩、退化, 其中消化道退化明显。PDRG(p53 and DNA damage-regulated gene)是近年来研究发现与细胞凋亡具有密切联系的基因,其表达可促进细胞凋亡。本研究利用SMART RACE 技术克隆获得刺参PDRG 基因的cDNA 全长序列,并以此为基础, 研究刺参夏眠期间PDRG 基因表达与消化道退化的相关性。结果显示, 刺参PDRG 基因cDNA 全长为1122bp, 包含127bp 的5’非翻译区(untranslated region, UTR), 581bp 的3’UTR 和414bp的开放阅读框(open reading frame, ORF); ORF 区编码137 个氨基酸, 推算的分子质量约为16.1kDu, 理论等电点为7.83。研究通过25℃温度诱导刺参进入夏眠, 利用实时定量PCR 方法, 定量检测刺参消化道PDRG 基因表达, 结果表明: 夏眠期间刺参消化道PDRG 基因mRNA 表达水平与对照组相比出现显著上升, 实验5d 时显著上调至约2.49 倍, 10d 时显著上调至约1.51 倍, 而在0、20、40 d 时未检测出显著变化; 与刺参消化道相对质量变化数据结合分析表明, 刺参夏眠期间消化道的PDRG 基因高表达与其萎缩、退化密切相关。本研究阐明刺参夏眠期间消化道组织退化过程中PDRG 基因表达特征, 证明刺参PDRG 基因表达与消化道退化具有相关性, 为进一步探讨PDRG 基因在动物器官退化过程中的功能提供参考依据。     

半滑舌鳎(Cynoglossus semilaevis)Patched 1基因的克隆和表达分析

Hedgehog(Hh)信号通路在脊椎动物和非脊椎动物发育过程中细胞信号传导方面发挥重要的作用。Patched 1 (Ptc1)基因是Hh的受体,通过和Hh配体结合调节Hh信号通路。本研究克隆和鉴定了半滑舌鳎的Ptc1基因(csptc1),该基因cDNA全长为5212 nt,编码蛋白包括1543个氨基酸残基,序列比对和进化分析显示该蛋白在进化过程中较为保守。荧光定量显示该基因在脑,肝脏,心脏,鳃,肠,脾脏、肾脏和性腺组织中普遍表达,在精巢中的表达水平显著高于卵巢。精巢中的原位杂交信号主要位于该基因主要在初级精母细胞,次级精母细胞和支持细胞中,而在卵母细胞中的信号较弱。Csptc1基因在卵巢中的甲基化水平高于在雄鱼和伪雄鱼精巢中。这一研究结果可能说明csptc1基因参与了 Desert Hedgehog (DHH)基因维持雄鱼和伪雄鱼的生殖细胞系以及精子发生等生物学过程。     

中国对虾选育群体“黄海1号”和野生群体不同组织基因组DNA甲基化的MSAP分析

DNA甲基化在调节动物生长发育和组织分化中发挥了重要作用。本研究主要从酶切、预扩和选扩等方面优化了中国对虾DNA甲基化分析的MSAP技术,给出了适合中国对虾MSAP分析的最近反应程序和体系,并采用该技术分别对中国对虾选育群体"黄海1号"和野生群体的肌肉、鳃和血细胞三种组织基因组DNA的CCGG甲基化水平进行分析。研究结果表明,中国对虾野生群体肌肉、鳃和血细胞的DNA甲基化比例分别为23.1%、22.3%和19.7%,选育群体"黄海1号"肌肉、鳃和血液的甲基化比例分别为21.4%、19.6%和18.9%。鳃组织的DNA甲基化水平在两群体中差异极显著(P <0.01),肌肉间的甲基化水平差异显著(P <0.05),而血细胞中甲基化水平差异不显著(P >0.05)。中国对虾野生群体和"黄海1号"同一组织间的甲基化水平不同(P ≤ 0.05),而不同组织间的甲基化水平也各不相同(P ≤ 0.05)。DNA甲基化多态性分析表明,野生群体和选育群体"黄海1号"的鳃和血细胞组织的甲基化多态性比例变化明显,而肌肉组织甲基化水平较稳定,这些变化趋势与CCGG位点的甲基化和去甲基化有关。     

栉孔扇贝LTR逆转录转座子的基因组分布特征及时空表达模式分析

长末端重复序列(LTR)逆转录转座子在真核生物中是普遍存在的,通过"复制-黏贴"的方式插入到基因组的其它位置,影响基因的活性及基因组的结构。DNA测序技术的快速发展为分子生物学研究提供了大量的组学资源,也为全基因组水平逆转录转座子的系统分析提供了数据支持。本研究基于已发表的栉孔扇贝(Chlamys farreri)基因组信息,系统分析了栉孔扇贝LTR逆转录转座子的基因组分布特征及在胚胎发育各个时期和成体各个组织的表达模式。研究发现栉孔扇贝LTR总长度与染色体长度呈正相关关系,而LTR密度(每Mb染色体上的LTR拷贝数)与染色体长度呈负相关关系;Gypsy、Ngaro和DIRS是栉孔扇贝基因组中数量最多、总长度最长的三类LTR亚家族,且主要分布在基因间区;相比于其它种类的LTR,Gypsy和Ngaro在胚胎发育各个时期和各个成体组织/器官中具有显著的表达优势,而且在胚胎发育过程中呈现动态表达模式,其中表达量的峰值和低谷分别出现在担轮幼虫时期和壳顶幼虫时期;Gypsy和Ngaro在大部分组织/器官中占据表达优势,唯一例外的组织是肝胰腺,其表达量最高的LTR类型为ERV1。本研究对栉孔扇贝逆转录转座子基因组分布特征及时空表达模式的系统分析为进一步理解转座子的功能以及对基因组进化的作用提供了重要线索。     

扩增仿刺参SSR和ISSR指纹技术的初步研究

利用SSR(Simple Sequence Repeats)技术和ISSR(Inter Simple Sequence Repeats)技术对仿刺参(Apostichopus Japonicus)进行了PCR扩增。探索了刺参基因组DNA的提取方法。为了得到更好的PCR扩增结果,对引物浓度、Mg2 浓度、dNTP浓度、模板浓度、Taq浓度和退火温度及循环数等方面进行了研究,从而摸索出一个适合刺参SSR和ISSR分析的反应体系和反应条件,并对PCR反应中的一些特定影响因子进行了分析。     

刺参真核翻译起始因子基因(eif2s1)的cDNA 克隆及表达分析

夏眠是刺参(Apostichopusjaponicas)应对夏季高温低氧等不良环境的重要生存策略,而抑制高耗能的蛋白合成则是夏眠期机体有效降低能耗的重要环节。真核翻译起始因子eIF2是启动蛋白翻译的关键因子,在蛋白合成调控中发挥了重要作用。本研究克隆分析了刺参翻译起始因子eIF2α亚基(eif2s1基因)全长cDNA序列及结构特征,并测定了其在夏眠期间的时空表达模式。结果表明:刺参eif2s1基因序列较保守,与紫海胆该基因同源性最高。同时,刺参eif2s1基因在深度夏眠期组织中出现了不同程度的表达抑制,可能参与了刺参夏眠蛋白抑制调控。     

池塘养殖和海上吊笼养殖仿刺参肠道菌群结构对比分析

实验采用平板分离及16S r DNA序列分析法研究池塘养殖和海上吊笼养殖仿刺参(Apostichopus japonicus)的前肠、中肠和后肠菌群结构并进行对比分析.结果显示,从海上吊笼养殖的仿刺参的肠道内分离鉴定的240株菌株分属于3个门、11个属和34个种.从池塘养殖仿刺参的肠道内分离鉴定的211株菌株分属于3个门、11个属和49个种.两种养殖模式仿刺参肠道菌群结构存在较大差异,且同一仿刺参肠道各部分之间的菌群结构也存在较大的差异.海上养殖仿刺参的肠道优势菌群为弧菌属(Vibrio)、Formosa属、希瓦氏菌属(Shewanella),池塘养殖仿刺参的肠道内优势菌群为弧菌属(Vibrio)、芽孢杆菌属(Bacillus)、喜盐芽孢杆菌属(Halobacillus).两个菌群共有菌株有7个种,存在于在不同的肠道部位.两种养殖模式比较发现池塘养殖仿刺参的肠道菌群的丰富度大于海上吊笼养殖的仿刺参,且池塘养殖仿刺参肠道内芽孢杆菌(Bacillus)等益生菌的占比较高,海上吊笼养殖仿刺参分离得到较多的弧菌属(Vibrio)细菌.本研究可为南方仿刺参人工养殖中潜在益生菌的筛选提供基础资料.     

盐度骤变对仿刺参hsp70及hsp90基因表达的影响

为研究夏季暴雨导致的养殖池塘盐度变化对仿刺参(Apostichopus japonicus)生理的影响,在实验室内模拟野外盐度变化,采用半定量RT-PCR的方法研究了其hsp70、hsp90a及hsp90b基因的表达。实验中,盐度先以每6h降2.5的速度由30降至20;保持96h后,再以同样的速度由20升至30,随后在盐度为30条件下保持96h。在盐度变化过程中随机取样。hsp70和hsp90b基因在盐度降至20后表达量开始显著升高(P<0.05),hsp90a基因在盐度降至22.5时表达量开始显著升高(P<0.05);但保持在盐度为20条件下,3个基因的表达量均逐渐降低至初始值。在之后的盐度升高及恢复阶段,3个基因表达量均有先升高后降低的趋势,表明hsp70、hsp90a和hsp90b基因是仿刺参在盐度胁迫下的重要响应因子。