基于转录组学的克氏原螯虾对温度和盐度响应机制探究

来源 :上海海洋大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:xtinxtin
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
克氏原螯虾(Procambarus clarkii),俗称小龙虾,是一种淡水经济类虾,因其肉味鲜美,蛋白含量高,而广受消费者欢迎。近年来,随着我国克氏原螯虾养殖产量的不断增加,养殖面积飞速扩增,产业迅猛发展的同时,也存在一些问题。如市场供需季节性和地域性严重失衡的突出问题,主要表现为长期高低温环境和盐碱地养殖受到制约。因此,开展克氏原螯虾对不同温度和盐度胁迫的响应机制研究,可为后续克氏原螯虾养殖区域扩大和开展反季节养殖提供分子理论基础。本文建立了克氏原螯虾在急性温度和盐度胁迫下的肝胰腺转录组数据库,对关键差异表达基因(DEGs)和显著富集通路进行了筛选与分析。其次,检测了急性温度和盐度胁迫下的克氏原螯虾肝胰腺、鳃组织的免疫、代谢和应激相关酶活指标,观察了急性盐度和温度胁迫下的肝胰腺和鳃组织的显微结构。最后,通过转录组数据库筛选出分别对温度响应和盐度响应的两个基因,进行了生物信息学分析以及探究了它们分别在不同温度和不同盐度胁迫下的组织表达变化。本文主要结果如下:一、利用转录组测序技术构建了克氏原螯虾不同温度胁迫下的转录组数据库,三个不同温度组共获得了421,547,922个原始reads,经过数据过滤后,获得了409,214,520个清洁reads。随后经过拼接和整合共获得了116,432个单基因,随后被NR、NT、KO等数据库注释。其中,在所有基因库中均注释的单基因共有1893个(1.62%),并且在至少一个数据库中注释的单基因有37255(31.99%)个。差异表达基因统计显示,30℃高温组和10℃低温组分别发现了2092个DEGs和6929个DEGs。KEGG通路富集结果表明,免疫途径是克氏原螯虾10℃胁迫后的主要应激途径,代谢途径是30℃处理后的主要响应途径。流式细胞分析还发现了高温和低温胁迫均引起克氏原螯虾血细胞不同程度的凋亡,动态转录热图分析鉴定了HSPs家族基因,免疫相关基因和凋亡途径基因在不同温度胁迫下的差异表达。此外,高温(30℃)和低温(10℃)胁迫下的克氏原螯虾代谢相关酶丙酮酸激酶(PK)、脂肪酸合成酶(FAS)、免疫与抗氧化相关酶溶菌酶(LYS)、过氧化氢酶(CAT)、超氧化物歧化酶(SOD)活性和热应激蛋白HSP90的表达量与中温(25℃)对照组相比差异性显著。组织切片分析也发现了高温和低温条件下克氏原螯虾肝胰腺和鳃组织细胞显微结构受到不同程度损伤。二、利用转录组测序技术建立了克氏原螯虾盐度梯度转录组数据库,从15组不同盐度和时间点处理的克氏原螯虾肝胰腺中共获得了882,552,854个清洁reads。经过Trinity软件对清洁reads进行组装后,产生了平均长度为1000bp的52533个单基因。通过blastx程序将52533个单基因比对到Nr、Swiss Prot、KEGG和COG等数据库后,发现被注释的基因总数为16957个,在所有基因库中均注释的单基因共有7748个(14.75%)。差异表达基因统计显示,在15个不同比较组中,低盐24h组与对照组相比DEGs最多,为2545个(1368个上调,1177个下调);DEGs数目最少的为高盐6h和低盐6h比较组,为16个(9个上调,7个下调)。通路富集以及DEGs归类显示,6个盐度处理组与对照组的所有差异表达基因中,糖代谢途径是克氏原螯虾面对盐度胁迫后的最主要反应通路(256个DEGs)。其次为蛋白质和氨基酸代谢(182个DEGs)和免疫与抗氧化途径(165个DEGs)。在信号通路中,MAPK信号通路是起主要作用的通路,不同盐度胁迫下共有64个DEGs。其次为Longevity调控通路,有26个DEGs。此外,FoxO、Hippo、Wnt和Phosphatidylinositol信号通路也参与到了克氏原螯虾应对盐度变化的调控机制中。对溶质载体家族蛋白基因(SLC家族)差异统计情况显示,各比较组中共有90个SLC家族基因参与盐度应激,钠/葡糖糖协同转运蛋白(SLC5A1)基因,Na+/Cl-依赖性的神经递质转运蛋白(SLC6A5)基因与锌离子转运蛋白(SLC39A1、SLC39A2)基因为各比较组差异表达基因中出现频率最高且差异倍数较大的4个基因。生化指标探究也表明,克氏原螯虾能量代谢相关酶PK活性、FAS活性以及免疫相关酶LYS活性、CAT活性、SOD活性和应激蛋白HSP90的表达量在急性低盐到高盐胁迫中具有不同的表达趋势,与对照组相比均有不同程度的差异表达。组织学探究还显示了急性高渗环境会造成克氏原螯虾肝胰腺分泌细胞、储存细胞与鳃组织呼吸上皮细胞、微腔血细胞等结构受损,盐度越高,受损越严重,高盐24ppt条件下会造成不可逆的结构损伤。三、从温度和盐度转录组数据库中发掘到了热应激蛋白基因PcHSP27和盐度响应的6-磷酸葡萄糖转运蛋白基因PcSLC37A2,并通过三代测序基因组中获得了基因序列。PcHSP27序列全长3040bp,开放阅读框ORF长2418bp,编码805个氨基酸。PcSLC37A2序列全长2264bp,开放阅读框ORF长1479 bp,编码492个氨基酸。qRT-PCR显示这两个基因在被检测的12个组织(胃、卵巢、肠、精巢、鳃、脑、肝胰腺、触角腺、心脏、神经、肌肉、表皮)中广泛分布。其中,PcHSP27在精巢、肌肉、胃、卵巢中有较高表达,肠中的表达量最高,表明PcHSP27可能在克氏原螯虾消化吸收、生理代谢、生殖发育方面起到重要作用;而PcSLC37A2在胃中表达量最高,表明了克氏原螯虾可能通过胃中SLC37A2基因的高表达来参与糖类的吸收与转运,以维持血糖平衡。急性高、低温胁迫下PcHSP27在肝胰腺与鳃组织中的表达均与常温25℃对照组有显著性差异,在胁迫2h后反应迅速,胁迫96h后,高温组和低温组PcHSP27有不同的表达趋势。慢性温度胁迫4周、8周后,PcHSP27的表达量在肝胰腺和鳃组织中均显著高于对照组,呈上升趋势。急性盐度胁迫下,PcSLC37A2在肝胰腺和鳃组织有不同的表达模式。6ppt盐度下,PcSLC37A2在各时间点的表达量都显著低于对照组,而高盐(18ppt)组只在8h时高于对照组,其余时间点均低于对照组。在鳃组织中,盐度胁迫2h、4h、8h时,高盐组和低盐组与对照组相比PcSLC37A2表达量均有不同程度的下调,随着胁迫时间的延长,表达量又有上升的趋势。慢性盐度胁迫2周、4周时,PcSLC37A2可能已对3ppt盐度产生了适应,表达量较稳定。在9ppt盐度还有持续性高表达,以应对高渗的外部环境。
其他文献
脊尾白虾(Exopalaemon carinicauda)主要分布于黄渤海浅海低盐水域,为广温、广盐、广布种,具有生长速度快、适应能力强等优点,近年来在滨海型盐碱水域养殖初获成功。脊尾白虾在繁殖季可连续多次抱卵繁殖,是研究甲壳动物生殖发育的潜在模式生物。当前通过人工控制技术仍无法实现脊尾白虾全年繁殖,因此深入了解脊尾白虾卵巢发育机制对于脊尾白虾良种选育及提高其池塘养殖经济效益十分必要。研究发现,雌
中国对虾主要分布在黄海和渤海等沿海地区,是我国海水养殖的主要物种,具营养丰富和生长速度快等特点。海域间海水盐度差异以及连续暴雨造成池塘盐度急剧下降,养殖户为增加养殖效益会选择提高养殖密度,低盐度和高密度会对中国对虾生理功能及行为产生影响,影响存活率,造成产量和效益减少。以cAMP为第二信使的cAMP信号通路的主要效应是通过腺苷酸环化酶调节靶细胞内cAMP的水平,通过活化cAMP依赖的PKA使下游靶
近年来陆源污染物的排放对近岸海域水环境稳态造成了潜在的威胁,海水中氮磷营养盐的分布和含量也发生了巨大的变化,而氮磷营养盐可被海洋生物直接或间接利用。浮游植物作为海洋生态系统中最重要的初级生产者,主要利用氮磷营养盐进行生长繁殖,并在海水生态系统的物质循环和能量传递中发挥着关键作用。胶州湾作为典型的半封闭性海湾,其水动力能力较差,自净能力较弱,极易发生富营养化现象,研究其氮磷营养盐变化对浮游植物群落结
本文以人工繁育的牙鲆成鱼(Paralichthys olivaceus)为研究对象,探讨了牙鲆的投喂频率和投喂水平对牙鲆生长指标、肠道结构、消化酶活性和免疫相关酶活性的影响。主要研究内容如下:1.投喂频率对牙鲆生长、肠道和酶活的影响在流水养殖条件下,对牙鲆(Paralichthys olivaceus)成鱼(平均初始体重为(298.26±10.83)g,平均初始体长为(29.35±3.72)cm)
海水碳酸盐体系在全球碳循环中发挥着重要作用。随着大气CO2浓度的升高,表层海水pH相比工业革命前已下降了0.1个单位,[HCO3-]、[CO32-]和碳酸钙饱和度等碳酸盐化学参数也随之改变。近岸海域由于人类活动和陆地径流的影响,碳酸盐体系更加复杂多变,这种变化与温度和重金属等其他环境因子相互叠加时,极易对近岸养殖生物产生影响,研究海水碳酸盐体系的改变对海产经济贝类的生理影响具有重要生态和经济意义。
黄带拟鲹(Pseudocaranx dentex,Bloch&Schneider,1801)是具有较高经济价值和遗传育种价值的水产新资源物种,也是我国深远海集约化养殖的候选对象之一,在世界深蓝渔业中占居重要地位,目前与该物种遗传背景和运动生理相关的研究尚属空白。染色体核型是细胞遗传学研究的基础,鱼类染色体核型分析在种质资源保护、遗传图谱构建、鱼类分类和育种等方面发挥着重要作用。而肌纤维组织学特性则
花鲈(Lateolabrax maculatus)是我国海水捕捞的重要对象之一,也是第二大海水养殖鱼种。但是海鲈病害频繁发生且日趋严重,给海鲈养殖产业造成极大的经济损失,严重制约了海鲈养殖业的发展。根据本课题组的流行病学调查;哈维弧菌(Vibrio harveyi)是海水花鲈养殖产业中最主要的病原菌之一。为防治花鲈哈维弧菌病。本课题组决定进行花鲈哈维弧菌甲醛灭活疫苗的实验室研制。1.本实验从实验室
大菱鲆(Scophthalmus maximus)作为一种从欧洲引进的名贵低温海水鱼类,具有极高的商业价值。其对温度等环境指标要求较严,尤其是高温胁迫会使鱼体产生应激反应,从而导致死亡率升高,生长速度和抗病力下降等现象。因此对大菱鲆的耐温性状进行遗传改良,选育出生长性能优良的耐高温新品种已成为健康养殖的当务之急[1]。在鱼类抗逆性状选育工作中,耐热性能评估指标较为单一,也造成耐高温选育评价体系不完
本文主要应用形态学、组织学和分子生物学等技术对四指马鲅(Eleutheronema tetradactylum)鳃的基本结构和形态发育、不同盐度下鳃组织结构变化及其在低温条件下的转录组变化进行分析,旨在了解四指马鲅鳃组织结构特征及其对环境的适应特征,丰富四指马鲅的基础生物学资料,为优化四指马鲅养殖技术提供理论参考。主要研究结果有以下几点:1.四指马鲅鳃组织结构及其早期发育研究为了解四指马鲅鳃的组织
近年来对虾重大和新发疾病不断肆虐,给我国对虾养殖业造成了重大经济损失。目前,养殖病害问题已成为限制我国对虾养殖业绿色高质量发展的主要因素之一。进行对虾疫病病原微生物早期检测并采取预防切断重大和新发病原传播,被认为是当前水产养殖中降低病原流行风险,减少病害大面积流行造成严重经济损失的有效手段。因此,研发对虾疫病病原的现场可用、简单易行检测技术,并开发相应检测试剂盒成为当下对虾病害防控中亟待解决的问题