基于RNA-seq的高温条件下尼罗罗非鱼脑和肝脏的转录组分析

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鱼类作为生活在水中的变温动物,温度的变化会对鱼类机体各方面产生不同程度的影响。当温度变化处于鱼类适宜的温度区范围时,鱼类可以进行正常的生长和繁殖等活动,但是当环境温度的变化太大,超出它们可以承受的能力范围时,就会对鱼类机体的各种生命活动产生不利影响,严重时极有可能会导致病害的发生或死亡。罗非鱼是具有重大经济价值的养殖鱼类,夏季持续性高温及全球变暖的加剧,对罗非鱼的生长和养殖产生很大的影响。因此,对罗非鱼在高温胁迫下的分子机制的探究,对于罗非鱼在持续性高温下的养殖管理技术及其应用研究具有重要的指导和现实意义。但是目前罗非鱼在转录水平上进行的持续性高温胁迫的研究仍显薄弱,高温条件影响罗非鱼生长的分子机制尚未见报道。大脑和肝脏是鱼类重要的温度响应调控器官,本研究以尼罗罗非鱼幼鱼为实验材料,在持续性的高温处理过程中,统计其体长、体重生理指标,并采集高温组(36℃)和对照组(28℃)的脑和肝脏组织样品,基于RNA-seq对各组织样品进行转录组分析。结果如下:本实验对高温胁迫不同时间下的罗非鱼幼鱼进行体长及体重生理指标的统计分析,结果表明,与对照组(28℃)相比,在持续性高温(36℃)处理下,罗非鱼的生长受到限制,随着持续性高温处理时间的增加,其生长速率变慢。我们通过对罗非鱼高温实验组与对照组的脑组织样品进行转录组分析,结果显示,6个大脑文库共获得41.37 Gb Clean Data,28℃对照组与36℃处理组之间在30d、50d、70d分别确定了2777,2873和3284个差异表达基因。在30d比较文库中,表达上调的基因1613个,表达下调的基因1164个;在50d比较文库中,表达上调的基因1250个,表达下调的基因1623个;在70d比较文库中,表达上调的基因1800个,表达下调的基因1484个。进一步通过GO和KEGG分析发现,高温胁迫响应涉及了多种生物学途径,如细胞调控、氨基酸代谢以及免疫调控等。其中MAPK信号通路(MAPK signaling pathway),GnRH信号通路(GnRHsignaling pathway),细胞周期(Cell cycle)等通路被显著富集。我们进一步对细胞周期通路进行分析,发现绝大多数基因表达下调,间接抑制了罗非鱼的生长。最后,通过RT-q PCR实验对Gn RH信号通路及其他相关通路中的8个差异基因进行验证,证实了RNA-seq结果的可靠性。我们通过对罗非鱼高温实验组与对照组的肝脏组织样品进行转录组分析,结果表明,6个肝脏文库共获得39.23 Gb Clean Data,28℃对照组与36℃处理组之间在30d、50d、70d分别确定了4342,3139和3042个差异表达基因。在30d比较文库中,表达上调的基因3026个,表达下调的基因1316个;在50d比较文库中,表达上调的基因1352个,表达下调的基因1787个;在70d比较文库中,表达上调的基因1702个,表达下调的基因1340个。进一步通过GO和KEGG分析发现,与能量代谢、蛋白质折叠以及免疫等相关的多个通路被显著富集。我们进一步对内质网蛋白质加工通路进行分析,发现绝大多数差异基因表达上调,且参与介导细胞凋亡的发生。我们通过RT-q PCR实验对m TOR信号通路及相关通路中的8个差异基因进行验证,证实了转录组测序结果的可靠性,我们也进一步通过细胞凋亡实验进行了表型印证。最后,我们通过对罗非鱼脑和肝脏的转录组比较分析,发现罗非鱼神经内分泌方面的调控在一定程度上抑制了罗非鱼的生长。综上所述,本研究通过转录组分析对罗非鱼受到高温胁迫后的大脑和肝脏组织的调控作用机制进行探究,分析了罗非鱼在高温条件下相关的差异基因及调控通路,为解析罗非鱼高温胁迫响应的调控作用机理奠定理论基础,也为发展罗非鱼高温健康养殖管理技术提供参考。
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