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银鲳(Pampus argenteus)隶属鲈形目(Perciformes)、鲳科(Stromateidae)、鲳属(Pampus),属于暖温性中上层集群性鱼类,分布范围较广,是中国重要的海水经济鱼类。但是随着海洋污染和过度捕捞,银鲳的野生种群数量不断下降,资源急剧衰竭。近十年来,随着学者对于银鲳基础性研究的不断深入,其人工养殖和苗种繁育技术也不断被突破。虽然近年有关银鲳生殖生理的研究已有报道,并已初步形成了银鲳工厂化育苗及养殖的技术方法,但是由于缺乏对其性腺成熟过程中卵黄发生、积累等基础理论的研究,导致对于银鲳卵巢发育的生殖调控认知不足。在人工养殖实践中存在着亲鱼怀卵量偏少,卵黄囊仔鱼先天营养不足导致发育不良甚至死亡等关键问题。而事实上对如何提高产卵量和卵质等缺乏相应的技术理论依据,这就严重制约了银鲳人工苗种数量和质量的提高。
因此,本研究围绕人工养殖银鲳的性腺发育过程,采用实时荧光定量PCR技术、酶联免疫吸附技术和免疫组织化学技术等手段,着重研究分析了在银鲳性腺发育不同时期,卵黄蛋白原基因vtg mRNA在不同组织中的表达,vtg mRNA在肝脏和卵巢中的时空表达水平,卵黄蛋白原VTG在肝脏、血清和性腺中的含量变化规律,银鲳VTG在肝脏和性腺中的定位;卵黄蛋白原受体基因vgr mRNA在不同组织中的表达,vgr mRNA在精巢及卵巢中的表达水平,受体蛋白VGR在精巢及卵巢中的含量变化规律以及在性腺中的定位;并进一步分析了卵黄蛋白原与卵黄蛋白原受体在性腺发育过程中的相互关系。以期揭示养殖银鲳在性腺发育不同时期,其卵黄蛋白原及其受体的表达水平和分布特点,探究卵黄蛋白原和卵黄蛋白原受体的蛋白定位,进而探讨银鲳卵黄蛋白原的发生及其在受体介导下的胞吞机制,对于阐述银鲳的卵子成熟机理具有重要理论意义。弥补了目前在银鲳性腺发育及卵子成熟中基础研究资料的不足,为更好地调控银鲳的生殖提供理论依据。研究结论概括如下:
(1)利用半定量RT-PCR技术证明,银鲳卵黄蛋白原基因vtg具有三种,分别是vtgAa、vtgAb和vtgC,且表达极具特异性,雄鱼中基本不表达,雌鱼则集中表达在肝脏,同时少量表达在卵巢;卵黄蛋白原受体基因vgr则主要表达在卵巢中。证明了卵黄蛋白原及其受体基因是特异性表达在银鲳雌鱼中的基因。
(2)借助实时荧光定量PCR技术发现,银鲳卵巢发育过程中,在肝脏和卵巢中的三种卵黄蛋白原基因的表达量以vtgAb最高,vtgAa次之,vtgC最少,基本遵循先升后降的规律。银鲳肝脏中三种vtg mRNA的相对表达量的比例:vtgAa∶vtgAb∶vtgC=18∶23∶7,vtgAb的表达量在Ⅲ期达到峰值,vtgAa和vtgC的表达量则在Ⅳ期达到峰值,随后显著下降(P<0.05);卵巢中三种vtg mRNA的相对表达量比例:vtgA∶vtgAb∶vtgC=6∶9∶4,vtgAb和vtgAa的表达量在Ⅳ期达到峰值,随后显著下降(P<0.05),而vtgC的表达量在Ⅴ期达到峰值。银鲳性腺发育过程中,vgr在精巢中的表达量极少,同期精巢中vgr的表达量仅为卵巢的1%~3%(P<0.05),而卵巢中的表达量呈现先降后升的趋势,谷值在Ⅴ期。揭示了vtg和vgr的表达量随着卵黄发生的进程而改变,且两者表达规律相反。
(3)采用酶联免疫吸附(ELISA)技术得出,银鲳卵巢发育过程中,在肝脏、血清和卵巢中卵黄蛋白原的含量水平在81.56-996.54ng/ml范围内,变化趋势为先升后降,与v t g在肝脏中的表达规律同步。肝脏中VTG的含量在Ⅳ期达到高峰(973.09±24.66ng/ml),而血清和卵巢中VTG的含量在Ⅴ期达到高峰(863.28±10.74ng/ml,996.54±22.32ng/ml),随后显著下降(P<0.05),体现了VTG在肝脏(合成)、血液(转运)和卵巢(积累)三个部位的变化特点。银鲳性腺发育过程中,卵巢中VGR的含量水平在43.75-564.58ng/ml范围内,Ⅴ期达到高峰(564.58±10.05ng/ml),变化趋势为先升后降,与vgr在卵巢中的表达规律截然相反,峰谷期颠倒。而精巢中卵黄蛋白原受体的含量水平极低且稳定(P>0.05),在33.33-43.75ng/ml范围内波动,与精巢中的vgr表达规律一致。猜测VGR不仅参与了生殖作用,还可能参与了其他代谢作用。
(4)通过免疫组织化学(IHC-P)技术发现,银鲳卵巢发育在Ⅰ期时,肝细胞胞质中就出现VTG阳性信号,Ⅲ期时信号强烈,Ⅳ期时达到信号高峰。卵巢中,从Ⅰ期开始有微弱的VTG信号,随着卵巢发育,在Ⅴ期时达到信号高峰,且集中在滤泡膜和卵母细胞质膜附近。银鲳性腺发育过程中,雄鱼精巢中VGR的阳性信号主要存在于精原细胞和初级精母细胞中,次级精母细胞、精子细胞和精子中基本不存在。雌鱼Ⅰ期卵巢卵母细胞胞质中出现微弱的VGR信号,在Ⅴ期时到达信号高峰且在卵母细胞质膜处较强。由此可见,银鲳性腺发育过程中,V T G和VGR的阳性信号强度变化与它们的蛋白含量变化同步。
(5)综合运用PCR、ELISA和IHC-P等技术,初步探明了银鲳卵黄蛋白原的发生及其在受体介导下的胞吞机制:银鲳卵巢发育过程中,VTG主要在肝细胞胞质中合成,Ⅲ期时被大量分泌到血液中,转运至卵巢;卵母细胞中,vgr在卵巢发育早期就已大量表达,随后储存在“RNA库”中,到了Ⅲ期VTG大量抵达卵巢时,开始翻译,随后转运到卵母细胞质膜上,与进入卵巢并达到卵泡的VTG结合胞吞入卵母细胞中,随后VTG被分解为卵黄蛋白积累在胞质中,而VGR则再次回到质膜上等待下一次的结合。
因此,本研究围绕人工养殖银鲳的性腺发育过程,采用实时荧光定量PCR技术、酶联免疫吸附技术和免疫组织化学技术等手段,着重研究分析了在银鲳性腺发育不同时期,卵黄蛋白原基因vtg mRNA在不同组织中的表达,vtg mRNA在肝脏和卵巢中的时空表达水平,卵黄蛋白原VTG在肝脏、血清和性腺中的含量变化规律,银鲳VTG在肝脏和性腺中的定位;卵黄蛋白原受体基因vgr mRNA在不同组织中的表达,vgr mRNA在精巢及卵巢中的表达水平,受体蛋白VGR在精巢及卵巢中的含量变化规律以及在性腺中的定位;并进一步分析了卵黄蛋白原与卵黄蛋白原受体在性腺发育过程中的相互关系。以期揭示养殖银鲳在性腺发育不同时期,其卵黄蛋白原及其受体的表达水平和分布特点,探究卵黄蛋白原和卵黄蛋白原受体的蛋白定位,进而探讨银鲳卵黄蛋白原的发生及其在受体介导下的胞吞机制,对于阐述银鲳的卵子成熟机理具有重要理论意义。弥补了目前在银鲳性腺发育及卵子成熟中基础研究资料的不足,为更好地调控银鲳的生殖提供理论依据。研究结论概括如下:
(1)利用半定量RT-PCR技术证明,银鲳卵黄蛋白原基因vtg具有三种,分别是vtgAa、vtgAb和vtgC,且表达极具特异性,雄鱼中基本不表达,雌鱼则集中表达在肝脏,同时少量表达在卵巢;卵黄蛋白原受体基因vgr则主要表达在卵巢中。证明了卵黄蛋白原及其受体基因是特异性表达在银鲳雌鱼中的基因。
(2)借助实时荧光定量PCR技术发现,银鲳卵巢发育过程中,在肝脏和卵巢中的三种卵黄蛋白原基因的表达量以vtgAb最高,vtgAa次之,vtgC最少,基本遵循先升后降的规律。银鲳肝脏中三种vtg mRNA的相对表达量的比例:vtgAa∶vtgAb∶vtgC=18∶23∶7,vtgAb的表达量在Ⅲ期达到峰值,vtgAa和vtgC的表达量则在Ⅳ期达到峰值,随后显著下降(P<0.05);卵巢中三种vtg mRNA的相对表达量比例:vtgA∶vtgAb∶vtgC=6∶9∶4,vtgAb和vtgAa的表达量在Ⅳ期达到峰值,随后显著下降(P<0.05),而vtgC的表达量在Ⅴ期达到峰值。银鲳性腺发育过程中,vgr在精巢中的表达量极少,同期精巢中vgr的表达量仅为卵巢的1%~3%(P<0.05),而卵巢中的表达量呈现先降后升的趋势,谷值在Ⅴ期。揭示了vtg和vgr的表达量随着卵黄发生的进程而改变,且两者表达规律相反。
(3)采用酶联免疫吸附(ELISA)技术得出,银鲳卵巢发育过程中,在肝脏、血清和卵巢中卵黄蛋白原的含量水平在81.56-996.54ng/ml范围内,变化趋势为先升后降,与v t g在肝脏中的表达规律同步。肝脏中VTG的含量在Ⅳ期达到高峰(973.09±24.66ng/ml),而血清和卵巢中VTG的含量在Ⅴ期达到高峰(863.28±10.74ng/ml,996.54±22.32ng/ml),随后显著下降(P<0.05),体现了VTG在肝脏(合成)、血液(转运)和卵巢(积累)三个部位的变化特点。银鲳性腺发育过程中,卵巢中VGR的含量水平在43.75-564.58ng/ml范围内,Ⅴ期达到高峰(564.58±10.05ng/ml),变化趋势为先升后降,与vgr在卵巢中的表达规律截然相反,峰谷期颠倒。而精巢中卵黄蛋白原受体的含量水平极低且稳定(P>0.05),在33.33-43.75ng/ml范围内波动,与精巢中的vgr表达规律一致。猜测VGR不仅参与了生殖作用,还可能参与了其他代谢作用。
(4)通过免疫组织化学(IHC-P)技术发现,银鲳卵巢发育在Ⅰ期时,肝细胞胞质中就出现VTG阳性信号,Ⅲ期时信号强烈,Ⅳ期时达到信号高峰。卵巢中,从Ⅰ期开始有微弱的VTG信号,随着卵巢发育,在Ⅴ期时达到信号高峰,且集中在滤泡膜和卵母细胞质膜附近。银鲳性腺发育过程中,雄鱼精巢中VGR的阳性信号主要存在于精原细胞和初级精母细胞中,次级精母细胞、精子细胞和精子中基本不存在。雌鱼Ⅰ期卵巢卵母细胞胞质中出现微弱的VGR信号,在Ⅴ期时到达信号高峰且在卵母细胞质膜处较强。由此可见,银鲳性腺发育过程中,V T G和VGR的阳性信号强度变化与它们的蛋白含量变化同步。
(5)综合运用PCR、ELISA和IHC-P等技术,初步探明了银鲳卵黄蛋白原的发生及其在受体介导下的胞吞机制:银鲳卵巢发育过程中,VTG主要在肝细胞胞质中合成,Ⅲ期时被大量分泌到血液中,转运至卵巢;卵母细胞中,vgr在卵巢发育早期就已大量表达,随后储存在“RNA库”中,到了Ⅲ期VTG大量抵达卵巢时,开始翻译,随后转运到卵母细胞质膜上,与进入卵巢并达到卵泡的VTG结合胞吞入卵母细胞中,随后VTG被分解为卵黄蛋白积累在胞质中,而VGR则再次回到质膜上等待下一次的结合。