泥蚶性腺差异转录组构建及Foxl2和PHI-2B基因的克隆与表达分析

来源 :温州医科大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:bai408
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泥蚶(Tegillarca granosa)是我国沿海地区具有极高经济价值的海水滩涂养殖贝类。由于泥蚶工厂化人工育苗技术的突破、多年累代的大规模人工养殖以及养殖环境的恶化,泥蚶种质资源衰退日益严重,导致遗传多样性降低、生长缓慢、抗病能力下降等问题的产生,严重阻碍了泥蚶养殖业的可持续发展。性腺发育是动物繁殖的基础,研究泥蚶性腺发育相关基因和相关作用机制,有助于对其性别决定和生殖过程进行调控,为泥蚶种质资源改良提供理论基础。本研究选取浙江温岭养殖的泥蚶,采用转录组学技术构建泥蚶性腺表达谱,寻找性腺发育相关功能基因并进行验证,旨在研究雌雄差异基因在性别决定和性别分化过程中的功能。本研究主要结果如下:  1、实验以性腺发育成熟期的雌雄个体各4个为材料,通过构建cDNA文库、Illumina测序、Denovo组装、unigenes功能注释和基因表达定量等构建泥蚶性腺表达谱。通过测序共获得63.75 Gb clean data,Q30碱基百分比大于89.46%。De novo组装后共获得214,440个transcripts和125,673个unigenes,平均长度分别为1,122和781 bp。将unigenes与公共数据库进行比对,共获得27,325条unigenes注释结果,占基因总数的21.74%。  根据生物学重复性评估结果对雌雄个体进行分组,T05 T08(雄)vs T01 T02 T04(雌)和T06 T07(雄)vs T01 T02 T04(雌)分别有2,140和2,070个差异表达基因(Differentiallyexpressedgenes, DEGs)。从中挑选35个DEGs和5个在其他相似物种中研究过的unigenes,用qRT-PCR进行表达量验证,结果表明qRT-PCR结果与转录组测序结果基本一致。此外,本文在泥蚶性腺转录组中搜索了其他模式生物中的43个性别相关基因,如小鼠(Mus musculus)、斑马鱼(Danio rerio)、果蝇(Drosophila melanogaster)、线虫(Caenorhabditis elegans)和近江牡蛎(Crassostrea hongkongensis),结果表明在泥蚶转录组的功能注释中共找到23个基因,有5个基因在雌雄个体中的表达具有显著性差异,其中CBX8和Foxl2为雌性基因, Sox、β-catenin和Sxl为雄性基因;其余基因(ATRX、DMRT、Dax1、Wnt4、Tra-2和Fem-1等)在雌雄个体中无显著性表达差异,这些基因可能在性腺发育早期高表达,在性腺发育成熟期降到正常水平。另外,在泥蚶转录组中还发现了16,960个简单重复序列(Simple sequence repeat, SSRs)和614,710个单核苷酸多态性位点(Single nucleotide polymorphism, SNPs)。  2、泥蚶Foxl2(ForkheadboxL2)cDNA全长为2,202bp,包含97bp5’非编码区、1,107bp开放阅读框(Openreadingframe,ORF)和998bp3’非编码区。功能结构域分析结果表明 Foxl2开放阅读框含有 Forkhead家族保守的翼状螺旋结构域(134-224)、2个低复杂性区域(Lowcomplexityregion,LCR,225-236,262-275)和核定位序列(Nuclearlocalizationsignal,NLS,225-236)。Foxl2基因共编码368个氨基酸残基,预测该蛋白的分子量为42.1 kDa,等电点为9.040。氨基酸序列的同源性比对结果表明泥蚶Foxl2基因与栉孔扇贝(Azumapecten farreri)的相似性为45.55%,与太平洋牡蛎(Crassostrea gigas)的相似性为44.51%,与珠母贝(Pinctada margaritifera)的相似性为43.48%,其中Forkhead保守结构域的相似性高达93.98%。Foxl2基因的时空表达分析结果显示该基因在泥蚶成熟期卵巢中的表达量最高,表明Foxl2基因与卵巢发育有关。此外,Foxl2基因在胚胎发育时期的配子和 D型幼虫期表达量较高,表明该基因可能与配子的发育和器官的形成有关。  3、泥蚶PHI-2B基因经cDNA末端快速扩增技术(Rapidamplification of cDNA ends, RACE)扩增、克隆和全长验证,共获得460 bp的基因序列,包括43 bp的5’端非编码区、386 bp的核心序列和31个A组成的polyA尾巴。转录组测序获得725 bp的基因序列,包括43 bp的5’端非编码区和624 bp的ORF。推测在泥蚶中存在PHI-2B mRNA前体的可变剪切,预测剪切位点在129个氨基酸之后,导致RACE扩增获得不完整的PHI-2B基因。根据序列比对结果显示PHI-2B基因就是精子核碱性蛋白(Sperm nuclear basic proteins,SNBPs),功能结构域分析结果表明PHI-2B基因含有核心H1组蛋白保守结构域和RS保守结构域,该基因共编码207个氨基酸残基,预测该蛋白的分子量为21.8 kDa,等电点为12.451。氨基酸序列的同源性比对结果表明泥蚶 PHI-2B基因与加州贻贝( Mytilus californianus)和太平洋牡蛎(Crassostrea gigas)的相似性均为23.42%,与油黑壳贻贝(Mytilus trossulus)的相似性为22.97%,其中H1组蛋白保守结构域的相似性为56.36%。PHI-2B基因的时空表达分析结果显示该基因在成熟期精巢中的表达量最高,在增殖期已经出现二态性表达,成熟期的二态性表达最显著,可能与成体泥蚶精子的成熟有关。此外,PHI-2B基因在胚胎发育时期几乎不表达,表明PHI-2B基因可能与泥蚶胚胎发育无关。
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