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由于大部分虾蟹类的染色体数目多且呈点状,应用细胞遗传学方法研究虾蟹类性别决定非常困难,至今相关的性别决定机制尚不清楚。本文根据人的睾丸决定基因(SRY)和Dmrt基因的保守区设计简并引物,结合RACE技术获得Sox21b基因的全长序列和Dmrt2保守区片段,组织表达检测结果表明Sox21b和Dmn2只在性腺中表达,暗示它们可能在性腺发育与性别分化中起着重要作用,这两个在性腺中特异表达基因的克隆为今后从分子水平上研究中华绒螯蟹的性别分化过程提供重要分子标记。
1.Sox21b基因克隆与组织表达分析
参照人SRY基因HMG-box保守区的序列设计一对简并引物,以雌、雄中华绒螯蟹基因组DNA为模板进行简并引物PCR扩增,结果雌、雄个体均扩增出一条约200bp的目的片段,初步说明雌雄中华绒螯蟹基因组中均存在SRY盒区相关基因(Sox基因)。测序后,共得到两种不同序列:序列ES1和序列ES2,其片段长度均为220bp,可编码73个氨基酸。
根据ES1和ES2序列分别设计两对特异引物,并以管家基因beta-actin作阳性对照,研究ES1和ES2基因在中华绒螯蟹精巢、肌肉、心脏、肝脏、鳃、胸神经团等组织以及不同发育时期的卵巢中的表达情况。结果显示,ES1在检测的所有组织中均有表达,而ES2则只在性腺及排出的成熟卵中有表达,在其它组织中均无表达。这一检测结果说明ES2可能与性别分化或早期胚胎发育有关。
以性腺特异表达的ES2基因为基础,设计引物进行5’RACE和3’RACE扩增。将测得的序列拼接后得到长为957bp的序列,其中包括3’非编码区108bp(不包括PolyA)和835bp的阅读框,可编码278个氨基酸。经序列比对及构建系统树后将其定名为EsSox2ib。其蛋白序列中包括所有Sox基因的保守序列HMG盒区,还包括位于HMG盒区C端的转录调节区多聚丙氨酸区。果蝇及意大利蜜蜂的Sox21b基因主要在其胚胎及卵子中有表达,说明它参与胚胎的发育过程,本文中没有检测EsSox21b基因在中华绒螯蟹胚胎中的表达情况,但是在其排出的成熟卵中检测到EsSox21b有较强的表达,说明它有可能作为内源RNA参与中华绒螯蟹早期的胚胎发育过程。根据所得的cDNA序列在非编码区设计引物对基因组DNA进行扩增,测序结果表明EsSox21b基因没有内含子。另外,精巢中的EsSox21b序列与排出的成熟卵中的转录本相比,有两个碱基位点的突变和三个碱基的缺失,这种现象分别是由RNA编辑中的碱基替换和核苷酸删除编辑造成的。因此,依据精巢中Essox21b转录本所推导出的氨基酸序列与成熟卵子中的序列相比有两个氨基酸残基的差异,说明EsSox21b蛋白在两种性腺中发挥作用时需要不同型的蛋白体。 2.Dmrt2基因保守区的克隆与组织表达
参照多个物种的Dmrt基因DM保守区序列设计简并引物对雌雄中华绒螯蟹的基因组DNA进行扩增,结果雌雄均扩增出一条约为150bp的条带。测序后,最终得到一条138bp的Dmrt基因片段,可编码46个氨基酸序列。经NCBI中blast搜索后发现它与人类的Dmrt2最为接近,氨基酸同源性为91%,所以将此Dmrt序列命名为EsDmrt2。与其它物种的Dmrt2基因保守区的序列比较发现,它与罗氏沼虫F的Dmrt2的氨基酸序列完全相同,与脊椎动物的Dmrt2基因相比,有三个氨基酸的差异,但是锌指结构所必需的氨基酸位点是完全保守的。这说明Dmrt基因在进化上非常保守,在进化等级越近的物种间保守性越高。
根据已测得的Dmrt2基因保守区序列设计一对特异引物,并以beta-actin作阳性对照,检测它在中华绒螯蟹性腺、肌肉、心脏、肝脏、鳃、胸神经团以及排出的卵等组织中的表达情况。结果表明,EsDmrt2只在排出的卵中有表达在其它组织中无表达。这一表达现象说明它可能作为母体内源RNA参与胚胎早期的发育过程。