中国明对虾(Fenneropenaeus chinensis)竞争行为相关基因的筛选、克隆及表达分析

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中国明对虾(Fenneropenaeus chinensis)肉质鲜美、个体较大,具有较高的经济价值,是我国重要的养殖虾类。在养殖中表现出较强的竞争行为,对其生长、存活性能及群体整齐度产生了较大的影响。然而目前为止尚不清楚其发生的分子机制,在竞争过程中发挥作用的基因有哪些。因此,本文利用分子生物学方法和技术,筛选、获得与竞争性强弱相关的基因,将为改良对虾的竞争能力提供理论依据和分子基础。1.在竞争环境下基于转录组筛选中国明对虾的差异表达基因在不同的竞争刺激环境下,选择竞争行为性状差异明显的中国明对虾2017G12世代同一家系的18尾个体,通过设置三种不同环境条件的处理组,即竞争能力差异显著的个体混合养殖少量投喂组(MHL vs MHS)、竞争能力差异显著的个体独立养殖足量投喂组(SCL vs SCS)和竞争能力差异显著的个体独立养殖少量投喂组(SHL vs SHS),利用Illumina Hiseq 2500对其进行测序分析,共获得94,092条Unigenes,其中78.08%的Unigenes在Nr数据库中有注释,77.04%的Unigenes在GO数据库中有注释。通过比较分析,跟另外两组相比,在MHL vs MHS中得到4,397个差异表达基因,其中4,087个上调,312个下调。KEGG富集分析显示,这些差异基因参与的大多数信号通路的功能是神经信号传导,提示接受外界刺激后个体间在神经信号传导速度中的差异可导致其竞争能力的不同,研究结果为中国明对虾竞争行为相关候选基因的鉴定,以及竞争行为分子机制的解析奠定了重要的基础。2.中国明对虾钙调神经磷酸酶(calcineurin,CN)基因的克隆及其在竞争行为中作用的初探在上述比较转录组分析获得的与中国明对虾竞争行为相关的候选基因中包括提示为钙调神经磷酸酶基因,包括其催化亚基(CNA)和调节亚基(CNB),是参与许多重要生物过程的多功能蛋白质。CN在Ca2+/CaM的介导下主要在动物的中枢神经系统发挥重要的作用,为了进一步明确其在中国明对虾竞争过程中的作用,本研究通过RACE技术克隆了中国明对虾FcCN-A和FcCN-B的全长cDNA序列,并利用Real-time PCR技术分析了其在2018G13世代高竞争能力组(HCG)和低竞争能力组(LCG)组间不同组织(神经节、心脏、胃、肝胰腺和肠)中的表达情况。FcCN-A序列分析结果显示,FcCN-A的全长cDNA序列为3260bp,包括115 bp的5’非编码区(untranslation region,UTR),1566 bp的开放阅读框(ORF)序列和1579 bp的3’UTR;FcCN-B的全长cDNA序列为2867 bp,包括95 bp的5’UTR,540 bp的ORF和2232 bp的3’UTR,其中ORF中具有四个保守的EF-hand Ca2+结合结构域。蛋白质同源性分析显示,FcCN-A的氨基酸序列与其它物种具有较高的同源性(72.2-93.4%),其中同源性最高的是罗氏沼虾和中华绒螯蟹;FcCN-B同样与其它物种具有较高的同源性(78.8%-93.8%),其中最高的是中华绒螯蟹和黑腹果蝇。系统进化关系分析显示,脊椎动物和无脊椎动物分别独立为一支,其中基于FcCN-A分析表现为中国明对虾与罗氏沼虾单独聚为一支,之后与中华绒螯蟹聚类关系最近;基于FcCN-B分析表现为中国明对虾与中华绒螯蟹单独聚为一支,之后与黑腹果蝇聚类关系最近。Real-time PCR定量结果显示FcCN-A在HCG组的神经节中的表达显著高于LCG组(P<0.05),而其在HCG组的心脏和肝胰腺中的表达显著低于LCG组(P<0.05)。FcCN-B在HCG组的神经节中的表达极显著高于LCG组(P<0.01),而其在HCG组的心脏中的表达极显著低于LCG组(P<0.01)。3.中国明对虾钙调蛋白依赖性丝氨酸蛋白激酶互作蛋白(CASK-interacting protein 2,Caskin-2,CK)基因的克隆及其在竞争行为中作用的初探在上述比较转录组分析获得的与中国明对虾竞争行为相关的候选基因中包括提示为caskin-2(CK)基因,CK是一种调节皮质肌动蛋白丝的支架蛋白,在哺乳动物的神经突触中富集。为了进一步明确CK基因在中国明对虾竞争过程中的作用,本研究通过RACE技术克隆了中国明对虾CK的全长cDNA序列,并利用Real-time PCR技术分析了其在2018G13世代HCG和LCG组间不同组织(神经节、心脏、胃、肝胰腺和肠)中的表达情况。FcCK序列分析结果显示,FcCK的全长cDNA序列为4185bp,包括268 bp的5’UTR,2808bp的ORF序列,和1109 bp的3’UTR,蛋白质同源性分析显示,FcCK的氨基酸序列与其它物种的同源性相对较低(17.5%-53%),其中最高的是鼠妇;系统进化关系分析显示,中国明对虾与鼠妇单独聚为一支,之后与食粪金龟和玉米根叶虫聚类关系最近,提示FcCK在对虾中可能具有与其在鼠妇相类似的功能。Real-time PCR定量结果显示FcCK在HCG组的神经节中的表达极显著高于LCG组(P<0.05)。本研究通过比较转录组分析筛选了与中国明对虾竞争行为相关的候选基因,并进一步对其中的calcineurin、caskin-2基因进行了克隆和特征分析,初步证明其在中国明对虾的竞争行为中可能发挥一定的作用,为解析中国明对虾竞争行为的分子机制奠定了重要的基础。
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