福建牡蛎(Crassostrea angulata)附着变态过程的转录组与蛋白质组研究

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附着变态衔接浮游阶段与底栖阶段,是海洋无脊椎动物生活史的重要环节,附着变态过程涉及到复杂的生理过程和行为形态的改变,人们至今未能很好地阐释其中涉及到的分子机制。福建牡蛎(Crassostrea angulata)是我国南方主要的贝类养殖种之一,具有典型的附着变态过程。然而关于牡蛎附着变态过程的分子研究停留在个别基因的克隆和定量表达的研究,这并不能反映附着变态过程的多基因的调控网络。有大量的药理学研究表明肾上腺素能够诱导牡蛎幼体未经附着而直接变态,但是肾上腺素诱导的分子机制的研究至今空白。本研究采用转录组学、蛋白质组学及其联合分析技术从mRNA和蛋白质水平来探索与牡蛎附着变态过程相关的分子机制,这不仅可以为牡蛎育苗工作提供理论基础,还可以为防污剂的开发提供新思路。研究主要结果如下:  (1)利用高通量测序技术,对牡蛎附着前、附着后及变态三个时期进行RNAseq,总共鉴定到996个基因发生差异表达,其中附着后有83个差异表达基因,变态时期有839个差异表达基因,对这些差异蛋白进行GO和KEGG富集分析,结果显示代谢过程在牡蛎的附着变态过程中起着重要作用。对酪氨酸代谢通路进行分析,发现酪氨酸酶在附着变态过程呈极显著下调表达,并且多巴胺-β-单氧化酶同样在变态时期发生显著下调,这说明酪氨酸代谢产物可能参与调控牡蛎附着变态的起始过程。此外,富集结果显示NO信号通路也可能参与了牡蛎的附着变态的调控过程。  (2)对牡蛎附着变态过程和肾上腺素诱导直接变态过程进行蛋白质组学研究,总共鉴定获得1,471个蛋白,其中差异蛋白764个。与转录组结果一致,蛋白质组的KEGG富集结果表明代谢过程在牡蛎附着变态过程中起着重要的作用,其中许多与细胞骨架等相关蛋白都发生了差异表达变化。此外,在肾上腺素诱导后,超过2/3的差异蛋白为下调表达,我们认为这与采样及激素的诱导作用相关。而肾上腺素信号通路上的基因则可能反映牡蛎幼体的发育程度,当这些基因在眼点后期发生上调表达后,肾上腺素处理可以诱导牡蛎进入直接变态发育过程。  (3)共有73%的蛋白注释在转录本的Unigene上,这表明蛋白组对转录本的良好识别。然而转录组与蛋白质组的联合分析结果显示附着变态过程牡蛎的mRNA表达水平和蛋白质表达水平的Person系数仅有0.116和0.023,排除实验误差、系统误差及数据类型差异的影响,这样的表达趋势说明附着变态过程发生了许多转录调控。此外,对mRNA和蛋白质表达趋势相同的基因进行GO分析时,结果表明这些蛋白主要集中在细胞过程、代谢过程、结合、酶活性以及细胞组成,这与转录组和蛋白质组的注释结果相一致,进一步佐证了附着变态过程这些功能分类的重要性。  综上所述,本实验利用转录组和蛋白质组技术研究了附着变态过程和肾上腺素诱导牡蛎直接变态过程的相关分子机制,为今后深入的研究工作提供理论依据和研究思路。
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