棘皮动物线粒体基因组的基因重排、分子标记及系统发生分析

棘皮动物(echinoderms)是海洋生境中所特有的无脊椎动物重要类群,本文全面比较分析了棘皮动物29个物种的线粒体全基因组。线粒体基因组主编码基因的分析结果显示,海胆纲Echinoidea和海参纲Holothuroidea物种的基因排列完全相同;海星纲Asteroidea物种之间的基因排列也完全相同,然而与海胆纲、海参纲相比,存在一个长片段的倒位。海百合纲Crinoidea的栉羽星Phanogenia gracilis和花形羽枝Florometra serratissima主编码基因的基因排列完全相同,地中海海羊齿和海百合Neogymnocrinus richeri与此相比,均存在一个蛋白质编码基因(nad4L)的易位。蛇尾纲Ophiuroidea真蛇尾目Ophiurida的3个科(阳遂足科Amphiuridae、辐蛇尾科Ophiactidae和栉蛇尾科Ophiocomidae)主编码基因的基因排列完全相同,而同属于真蛇尾目,另外一个科(真蛇尾科Ophiuridae)的白色真蛇尾Ophiura albida和灰色真蛇尾Ophiura lutkeni,与同目的前3个科相比,存在3个蛋白质编码基因(nad1、nad2和cob)的倒位。蛇尾纲蔓蛇尾目Euryalida的海盘Astrospartus mediterraneus,与真蛇尾目5个线粒体基因组相比,存在主编码基因的重排。棘皮动物线粒体单基因的变异位点特征显示,nad5、nad4和nad2基因是理想的分子标记基因。基于29个线粒体基因组的氨基酸序列,通过两种方法(邻接法和最大似然法)所构建系统发生树的拓扑结构完全一致。支持其下分的5个纲(蛇尾纲、海参纲、海胆纲、海星纲和海百合纲)均为单系群。线粒体基因组的数据支持棘皮动物动物在纲层次的亲缘关系为:(((海胆纲+海星纲)+海参纲)+蛇尾纲)+海百合纲,海百合纲作为棘皮动物中最为古老的类群,位于系统发生树的根部。基于线粒体基因组构建的系统发生树,支持所有的科均为单系群;综合系统发生树及主编码基因的基因重排分析,均支持真蛇尾目并非单系发生,真蛇尾目的有效性还值得今后深入研究。     

草鱼出血病病毒VP7蛋白基因的人工合成与原核表达

根据GenBank已发表的GCRVVP7蛋白基因序列,设计合成2条特异性引物和19条搭桥引物,通过搭桥PCR人工合成带有3处变异碱基的GCRVVP7蛋白基因整个编码框,经过酶切、连接、PCR鉴定和测序鉴定克隆到原核表达载体pColdTF中,并转化大肠杆菌BL21(DE3),进行IPTG诱导表达和表达产物的SDS-PAGE、Western-blotting分析、纯化以及反应原性的iELISA检测。结果表明,成功人工合成了长831bp的GCRV VP7蛋白基因编码框和构建了VP7蛋白基因的重组质粒pCold TF-VP7,pColdTF-VP7转化菌经IPTG(1mmol/L)诱导3—4h即可获得特异性蛋白VP7重组蛋白的高效表达,VP7重组蛋白相对分子量大小约为73.9ku,与预期大小相符,且与鼠抗GCRV血清有良好反应原性。     

绿鳍马面鲀(Navodon septentrionalis)CYP19a基因克隆与表达特征分析

利用简并引物扩增及RACE全长克隆技术, 克隆得到绿鳍马面鲀(Navodon septentrionalis)CYP19a基因cDNA全长序列。通过多序列比对, 发现具有芳香化酶特定保守序列, 包括一个I-螺旋区, 一个Ozol肽区, 一个亚铁血红素结合区域以及一个芳香化酶特异性结合区域。通过RT-PCR技术检测了其在绿鳍马面鲀成鱼各组织表达的情况, 发现其CYP19a基因只在卵巢中有表达; 同时也分析了其在不同卵巢发育期的表达情况, 发现CYP19a在卵黄发生后期表达量达到最高值, 卵巢退化吸收期表达量达到最低值。     

半滑舌鳎(Cynoglossus semilaevis)双链RNA依赖的蛋白激酶R(PKR)基因克隆和实时定量表达分析

采用RACE方法克隆了半滑舌鳎(Cynoglossus semilaevis)PKR基因(CsPKR), 获得了CsPKR全长cDNA序列为2907bp, 其中包含1959bp的开放阅读框, 100bp的5′非编码区和848bp的3′非编码区。保守结构域分析显示推导的CsPKR氨基酸在N端存在两个特异的dsRBD(dsRNA binding domain dsRBD)结构域, 在C端具有多个保守的激酶活性位点, 包括ATP结合位点和底物配体结合位点, 以及活性环结构A-loop。系统进化树分析显示鱼类、两栖类、鸟类及哺乳类的PKR具有共同的进化起源, CsPKR与牙鲆PKR的亲缘关系最为密切。荧光定量PCR结果显示, CsPKR基因在健康鱼多个组织中广泛表达, 在脑中的表达最高, 头肾中表达最低。经鳗弧菌和淋巴囊肿病毒分别感染后, CsPKR基因在免疫相关组织中呈现上调表达趋势, 其中感染鳗弧菌12h后在血液中表达量较对照组上升了9.28倍, 在感染淋巴囊肿病毒24h后, 在肝脏中的表达达到最大, 为对照组的9.97倍。以上结果暗示CsPKR基因在半滑舌鳎响应细菌和病毒免疫应答中起重要作用。     

泥蚶(Tegillarca granosa)生长因子受体结合蛋白2(GRB2)基因的克隆与表达分析

通过已构建的泥蚶(Tegillarca granosa)转录组文库, 利用SMART RACE技术扩增得到泥蚶Tg-GRB2基因的全长cDNA序列, 并对其生物信息学、组织表达及发育阶段表达特征进行了分析。结果表明, 泥蚶Tg-GRB2 cDNA全长1283bp, 开放阅读框为708bp, 编码236个氨基酸; 蛋白结构预测显示, Tg-GRB2蛋白包含SH3-SH2-SH3三个功能域, SH2结构域由两端的α-螺旋和中间反向平行的β-折叠片构成, SH3结构域主要由β-折叠片组成, 具备典型的结构特征; 氨基酸序列比对发现, Tg-GRB2与脊椎动物的同源性为62.1%—63.8%, 而与玻璃海鞘和日本血吸虫同源性较低。qRT-PCR检测结果显示: Tg-GRB2 mRNA在泥蚶血液、斧足、鳃、外套膜、闭壳肌、内脏团6个组织中都有表达, 而在血液中的表达量极显著地高于其它组织; 在泥蚶的不同发育阶段中, Tg-GRB2 mRNA在 2—4细胞胚胎、原肠胚、担轮幼虫、D形幼虫中均有较高的表达量, 而在D形幼虫中表达量最高, 表明Tg-GRB2基因在泥蚶早期发育中发挥重要调节作用。     

虎斑乌贼(Sepia pharaonis)FMRFamide G蛋白偶联受体基因的克隆与表达定位研究

以FMRFamide为典型代表的FMRFamide相关肽,是目前已知的最大的神经肽家族。FMRFamide广泛参与多种生理过程,包括摄食、心跳、渗透平衡、变态、防御和免疫等。采用同源克隆法与RACE技术获得了虎斑乌贼FMRFamide的G蛋白偶联受体基因cDNA全长序列(命名为SpFaGPCR,OL765295),SpFaGPCR cDNA全长1514bp,包括222bp的5''-非编码区(5''-UTR)、35 bp的3''-UTR以及1257bp的开放阅读框(ORF),共编码418个氨基酸。预测相对分子量(MW)为49.8kDa,等电点(pI)为9.76,具有7个跨膜结构域、糖基化位点7个、磷酸化位点36个。同源序列比对分析表明,SpFaGPCR与曼氏无针乌贼的FaGPCR氨基酸序列相似度最高达98%。系统发育分析显示SpFaGPCR与双壳纲的FaGPCR聚为姐妹支。荧光定量结果显示SpFaGPCR在视叶、视腺、脑、缠卵腺中表达量相对较高(P<0.05)。进一步利用原位杂交技术检测到虎斑乌贼视叶的髓质区、视网膜的感光细胞和缠卵腺的瓣叶外层具有明显的阳性杂交信号。实验结果为进一步探讨FMRFamide通过FaGPCR的介导参与虎斑乌贼生理代谢功能奠定了前期基础。     

大口黑鲈(Micropterus salmoides)致病性维氏气单胞菌的分离鉴定及其特性分析

大口黑鲈(Micropterus salmoides)是我国重要的淡水养殖经济鱼类品种,目前包括细菌性疾病在内的诸多因素影响了其养殖业的健康发展。维氏气单胞菌是引起淡水鱼败血症和溃疡综合征的重要病原菌。从患病大口黑鲈肝脏组织中分离到1株病原菌,通过形态学观察、生理生化特性分析、16S rRNA序列和特定毒力基因分析对其进行鉴定,并通过人工回归感染试验和药敏试验分析其致病性和耐药性。结果表明该菌为致病性维氏气单胞菌(Aeromonas veronii),含有aer、act、lip、fla、gcaT和OMPA I等毒力基因;药敏试验显示其对头孢曲松、氯霉素、氟苯尼考、强力霉素、四环素、多粘菌素、复方新诺明、左氟沙星等8种抗生素高度敏感,对新霉素、恩诺沙星、庆大霉素、链霉素、阿齐霉素、环丙沙星等6种抗生素中度敏感,对其他8种抗生素具有一定耐药性;人工回归感染实验表明该菌具有较高的致病性,对大口黑鲈的半致死浓度为1.4×10⁶ CFU/mL。维氏气单胞菌是水产养殖中的条件性致病菌,研究结果揭示了该菌株的部分生物学特性,有利于丰富维氏气单胞菌属的基础数据,同时也为鲈鱼养殖过程中的病害防控提供了一定的参考依据。     

罗氏沼虾线粒体锰超氧化物歧化酶的克隆表达与功能研究

罗氏沼虾(Macrobrachium rosenbergii)是我国重要的经济虾类之一。近年来, 细菌性感染造成罗氏沼虾养殖业病害频发, 经济损失巨大。因此了解其免疫机制对于指导疾病防控至关重要。线粒体锰超氧化物歧化酶(mitochondrial manganese superoxide dismutase, mMnSOD)被认为是抵御氧化应激的第一道防线, 在先天性免疫中具有至关重要的作用。目前, 甲壳动物中mMnSOD的免疫功能尚不清楚。为此, 本研究克隆了罗氏沼虾mMnSOD基因(mMnSOD of M. rosenbergii, MrmMnSOD), 制备了多克隆抗体, 分析了嗜水气单胞菌(Aeromonas hydrophila)感染下, MrmMnSOD在不同组织中的表达模式。结果显示, 肝胰腺和肠组织中MrmMnSOD的基因表达水平分别在感染后3h和6h达到最大; 组织免疫荧光分析显示, 肝胰腺和肠组织中MrmMnSOD均在感染后12h达到最大荧光强度。以上结果表明, mMnSOD参与了罗氏沼虾对嗜水气单胞菌的免疫应激反应。进一步的蛋白抑菌实验表明, MrmMnSOD可显著抑制大肠杆菌(Escherichia coli)、嗜水气单胞菌、副溶血弧菌(Vibrio parahaemolyticus)、金黄色葡萄球菌(Staphylococcus aureus)和无乳链球菌(Streptococcus agalactiae)的生长, 推测该蛋白可能属于免疫相关分子, 可通过抑菌反应发挥免疫功能。当前的研究结果进一步丰富了甲壳动物先天性免疫基础理论, 也可为今后罗氏沼虾的病害防控和药物研发提供新的靶点参考。     

海蜇dmrta2基因的克隆及其在横裂生殖中的表达分析

Dmrt基因家族在后生动物性别决定与分化以及组织和器官的形成等发育过程中发挥着重要作用。为探究dmrt家族基因在海蜇(Rhopilema esculentum)横裂生殖中的功能,本研究以海蜇转录组测序获得的dmrta2基因片段为基础,通过RACE技术获得了海蜇dmrta2基因的cDNA全长,并分析了其在横裂生殖不同时期的表达模式。结果显示海蜇dmrta2基因cDNA全长为1 804 bp,开放阅读框为1 011 bp,所编码蛋白质含336个氨基酸,分子质量为37.25 kDa,理论等电点为9.11。预测海蜇dmrta2编码蛋白为亲水性蛋白质,无跨膜区域,不含信号肽。在33至79位氨基酸之间具有dmrt基因家族保守的DM结构域,与珊瑚、果蝇等物种的同源基因相应区域高度一致。系统进化分析显示,海蜇DMRTA2与鹿角珊瑚DMRTA2和DMRT3以及海葵DMRTA2的亲缘关系最近。原位杂交显示dmrta2基因在海蜇横裂生殖后期主要表达于感觉缘叶原基位置,在初生碟状体中表达于感觉棍位置。研究结果表明,dmrta2基因参与海蜇横裂生殖过程,可能主要与感觉棍神经系统的分化发育相关,研究为进一步解析海蜇等钵水母横裂生殖的分子调控机制提供了基础数据。     

溶藻弧菌dtd基因的克隆及原核表达条件优化

根据NCBI数据库中已发表的溶藻弧菌(Vibrio alginolyticus)全基因组序列合成一对特异性引物,应用聚合酶链式反应(PCR技术)扩增溶藻弧菌HY9001菌株dtd基因,将其定向克隆到原核表达载体pET-32a构建重组表达质粒pET-DTD,并对其进行诱导温度、诱导时间、诱导IPTG浓度等条件的优化,最后探究其纯化时最佳咪唑洗脱浓度。结果表明:DTD蛋白成功表达,且其以包涵体的形式存在,在诱导温度37℃、IPTG浓度0.1 mmol/L条件下诱导5 h表达量最高,纯化最佳咪唑洗脱浓度为150 mmol/L。