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石斑鱼是重要的海产经济鱼类,在其个体发育过程中存在先雌后雄的天然性反转现象。人工养殖的环境下石斑鱼很少发生自发的性反转,因此,由于野生雄鱼不易获得,大规模人工养殖难以推广。垂体是调节生长和生殖等生理过程的重要内分泌器官。在本研究中,本文作者构建了分别处于卵巢发育起始和性反转后期斜带石斑鱼垂体SMART cDNA的质粒文库,并通过测序分别筛选到232个和258个EST。将所得EST与GenBank数据库中的序列进行比对,处于卵巢发育起始和性反转后期的斜带石斑鱼垂体EST中,激素所占比例均为最高,分别为40.5%和34.9%。进一步比较分析了这两个性腺发育时期斜带石斑鱼垂体EST中各种激素相对表达丰度。与处于卵巢发育起始时期相比,处于性反转后期的斜带石斑鱼垂体中的生长/催乳激素家族(GH、PRL和SL)、促甲状腺激素β亚基(TSHβ)和阿黑皮素原(POMC)表达水平下降;促性腺激素α亚基(GTHα)表达水平急剧上升,促滤泡激素β亚基(FSHβ)、促黄体激素β亚基(LHβ)表达水平上升。
从垂体SMART cDNA质粒文库中筛选到的EcGTHα、EcFSHβ和EcLHβ基因的全长cDNA分别为647、574和594bp,分别编码94、99和115个氨基酸残基的成熟多肽。EcGTHα、EcFSHβ和EcLHβ与其它鱼类GTH亚基有很高的同源性。RT-PCR和Western blot分析表明EcGTHα、EcFSHβ和EcLHβ仅在垂体中表达;EcGTHα和EcFSHβ在三个不同性腺发育时期斜带石斑鱼垂体中的表达基本相似,但EcLHβ显示出明显的表达差异。EcLHβ在卵巢发育起始期维持高水平表达,卵巢成熟期表达下降,最后在性反转后期表达量急剧上升。将这三种亚基分别进行体外表达并制备了多克隆抗体。Western blot结果显示,处于休眠期卵巢发育时期赤点石斑鱼的垂体蛋白中,EaGTHα亚基几乎检测不到,EaFSHβ和EaLHβ亚基的表达量极低;而处于发育中卵巢时期赤点石斑鱼的垂体中GTH三个亚基的表达均上升到较高的水平。赤点石斑鱼垂体切片免疫荧光定位研究和血清ELISA同样得出了与Western blot分析相似的结论。以上多种技术研究了GTH三个亚基在石斑鱼不同性腺发育阶段的时空表达图谱,揭示出石斑鱼GTHα、FSHβ和LHβ不同于其它鱼类的表达特征。免疫荧光定位研究显示GTHα定位于石斑鱼垂体PPD区域、PI区域外围和RPD区域;FSHβ定位于PPD区域;LHp定位于PPD区域和PI区域外围。双色荧光标记和激光共聚焦显微镜观察,清晰地将石斑鱼FSHβ和LHβ定位于垂体同一区域的不同细胞群中,为解决FSHβ和LHβ是否由同一细胞分泌这个长期争论的问题提供了确凿的细胞学证据。
鱼类存在两种GTH受体(GTHR),FSHR和LHR。本研究采用RACE-PCR方法,从赤点石斑鱼性腺中克隆了EaFSHR的全长cDNA和EaLHR的部分cDNA。EαFSHR cDNA的多聚腺苷酸尾前的序列长2393bp,编码701个氨基酸。EαFSHR多肽由信号肽(21aa)、胞外区(355aa)、跨膜区(264aa)和胞内区(61aa)构成。EαLHR仅获得跨膜区部分的cDNA。EαFSHR与其它鱼类有很高的同源性。RT-PCR结果表明EαFSHR为性腺特异表达,而EaLHR除了性腺中的表达外,在肝和脾中也有表达。