论文部分内容阅读
光棘球海胆(Mesocentrotus nudus)隶属于棘皮动物门(phylum Echinodermata)，海胆纲(Echinacea)，拱齿目(Toxoplasma)，球海胆科(Echinococidae)。因其口感鲜美、营养丰富、市场售价高等特点，是我国北方最重要的经济海水养殖品种之一。性腺组织是海胆唯一可以食用的部分，性别差异是影响海胆性腺品质的重要因素之一。随着市场需求量的不断增加，海胆养殖业得到快速发展，研究与海胆性别决定和性别分化相关的关键基因可以为解析海胆性别决定和性别分化机制及人工控制海胆配子成熟奠定理论基础。
研究海胆性别决定和分化相关机制的第一步是获得大量参与该过程的候选基因。因此，首先我们分别对光棘球海胆的精巢和卵巢进行了高通量转录组测序、组装和注释等工作，获得了15,368个基因在存在显著性别差异表达的基因，并且筛选出多个可能在精子发生，卵子发生和生殖细胞发育中起重要作用的候选基因，例如vasa、nanos、dmrt、foxl、boule、piwi等。随后，我们以nanos2、dmrt1和foxl2三个基因为切入点，对其分子特征和动态表达模式进行了系统性的阐述，并初步探讨了其在光棘球海胆性腺发育过程中所发挥的作用。
光棘球海胆的nanos2基因(Mnnano2)是母源因子，在整个胚胎发育过程时期及早期个体发育过程中均持续表达。在成体组织水平中，Mnnano2主要在性腺中表达，随着卵巢和精巢的发育，Mnnano2的表达量在性腺发育的生长期达到最大水平。此外，在卵巢中,Mnnanos2在生殖细胞中特异表达，而在精巢中，其在营养吞噬细胞和生殖细胞中均有表达。通过dsRNA干扰Mnnanos2，nnanos2基因和Mnboule表达量降低，而Mnfoxl2基因的表达量增长。以上结果表明，Mnnanos2基因是光棘球海胆雌性生殖细胞标记基因。
光棘球海胆的Dmrt1基因(Mndmrt1)在光棘球海胆中的精巢中特异表达，随着精巢的发育，MnDmrt1的表达量不断升高，在成熟期前期和成熟期达到最大水平。同时，Mndmrt1在精巢中除了成熟精子外，在其他生殖细胞中均有表达，由此我们认为Mndmrt1是维持光棘球海胆精巢发育的关键因子。
光棘球海胆的Mnfoxl2基因(Mnfoxl2)作为母源因子在受精卵开始就有表达，随着胚胎的发育逐渐降低，到囊胚期表达量开始持续增长。在成体组织水平中，Mnfoxl主要在海胆的性腺中呈性别二态性表达。有趣的是，不同于其在大多数哺乳动物中的表达模式，该基因在光棘球海胆相同发育时期的性腺中，精巢的表达含量高于卵巢，随着性腺的发育Mnfxol2的表达量逐渐下降。Mnfoxl2在精巢和卵巢的表达模式有待于我们更进一步的研究其在光棘球海胆性别分化过程中的作用。
由于繁殖周期长、存活率低等原因，基因敲除技术难以在海胆中进行，RNA干扰技术(RNA interference，RNAi)因其特异、高效等优点成为研究基因功能一个非常有效的手段。我们采用RNA干扰技术，由体腔注射Mnnanos2的双链RNA(dsRNA)，对Mnnanos2和相关基因成功干扰结果表明，我们在光棘球海胆中成功建立了成体水平基因功能研究平台，这为研究海胆基因功能打开了新的思路。
研究海胆性别决定和分化相关机制的第一步是获得大量参与该过程的候选基因。因此，首先我们分别对光棘球海胆的精巢和卵巢进行了高通量转录组测序、组装和注释等工作，获得了15,368个基因在存在显著性别差异表达的基因，并且筛选出多个可能在精子发生，卵子发生和生殖细胞发育中起重要作用的候选基因，例如vasa、nanos、dmrt、foxl、boule、piwi等。随后，我们以nanos2、dmrt1和foxl2三个基因为切入点，对其分子特征和动态表达模式进行了系统性的阐述，并初步探讨了其在光棘球海胆性腺发育过程中所发挥的作用。
光棘球海胆的nanos2基因(Mnnano2)是母源因子，在整个胚胎发育过程时期及早期个体发育过程中均持续表达。在成体组织水平中，Mnnano2主要在性腺中表达，随着卵巢和精巢的发育，Mnnano2的表达量在性腺发育的生长期达到最大水平。此外，在卵巢中,Mnnanos2在生殖细胞中特异表达，而在精巢中，其在营养吞噬细胞和生殖细胞中均有表达。通过dsRNA干扰Mnnanos2，nnanos2基因和Mnboule表达量降低，而Mnfoxl2基因的表达量增长。以上结果表明，Mnnanos2基因是光棘球海胆雌性生殖细胞标记基因。
光棘球海胆的Dmrt1基因(Mndmrt1)在光棘球海胆中的精巢中特异表达，随着精巢的发育，MnDmrt1的表达量不断升高，在成熟期前期和成熟期达到最大水平。同时，Mndmrt1在精巢中除了成熟精子外，在其他生殖细胞中均有表达，由此我们认为Mndmrt1是维持光棘球海胆精巢发育的关键因子。
光棘球海胆的Mnfoxl2基因(Mnfoxl2)作为母源因子在受精卵开始就有表达，随着胚胎的发育逐渐降低，到囊胚期表达量开始持续增长。在成体组织水平中，Mnfoxl主要在海胆的性腺中呈性别二态性表达。有趣的是，不同于其在大多数哺乳动物中的表达模式，该基因在光棘球海胆相同发育时期的性腺中，精巢的表达含量高于卵巢，随着性腺的发育Mnfxol2的表达量逐渐下降。Mnfoxl2在精巢和卵巢的表达模式有待于我们更进一步的研究其在光棘球海胆性别分化过程中的作用。
由于繁殖周期长、存活率低等原因，基因敲除技术难以在海胆中进行，RNA干扰技术(RNA interference，RNAi)因其特异、高效等优点成为研究基因功能一个非常有效的手段。我们采用RNA干扰技术，由体腔注射Mnnanos2的双链RNA(dsRNA)，对Mnnanos2和相关基因成功干扰结果表明，我们在光棘球海胆中成功建立了成体水平基因功能研究平台，这为研究海胆基因功能打开了新的思路。