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生长分化因子8(growth and differentiation factor-8,GDF-8)是肌肉生长的负调控因子,又称肌肉生长抑制素(myostatin,MSTN)。该基因敲除的动物具有生长速度快、肌肉含量高、脂肪含量少的特点。因此,这一基因在动物育种上具有潜在的应用前景,可以通过抑制gdf-8的活性,提高养殖品种的肌肉含量,促进养殖品种的生长。
由于鱼类在系统发生过程中,有基因重复现象发生,从而导致gdf-8产生两种基因型。本研究在本实验室已获得大黄鱼(Larimichthys crocea)gdf-8Ⅰ的基础上(AY842933),采用同源克隆的方法,从肌肉组织中获得了大黄鱼gdf-8Ⅱ基因DNA序列,含起始密码子及终止密码子,包括3个外显子及2个内含子,全长2357bp(EU571244);同时以大黄鱼脑组织cDNA为模板,通过RT-PCR及RACE技术(Rapid Amplification cDNA Ends,RACE)获得了大黄鱼gdf-8Ⅱ 1080bp完整开放阅读框(Opening Reading Frame,ORF)及682bp 3’-UTR(3’-untranslated region)。这是目前国内关于鱼类gdf-8Ⅱ的首次报道。
序列分析发现大黄鱼gdf-8Ⅰ与gdf-8Ⅱ基因序列存在较大差异,不仅序列的长度不同,序列间相似度也不高(59.31 %);但在外显子Ⅲ部分,不仅序列的长度一致,且序列间相似度也很高(86.09 %)。同时,在大黄鱼gdf-8Ⅱ的3’-UTR并没有发现存在于大黄鱼gdf-8Ⅰ的(CA)n微卫星序列。
大黄鱼GDF-8Ⅱ呈现出典型的TGF-β超家族成员的特点,完整的ORF预测的GDF-8Ⅱ蛋白序列由359个氨基酸组成,包含三个结构域,分别为1~18位氨基酸残基间的一个潜在的信号肽序列,33~239位氨基酸残基间的TGF-β propeptide domain和264~359位氨基酸残基间的TGF-β domain,其中在TGF-β propeptide domain的C末端含有一个保守的蛋白酶加工位点(RXXR),在TGF-β domain含有9个保守的半胱氨酸残基。
用常规RT-PCR检测了gdf-8Ⅰ与gdf-8Ⅱ在大黄鱼成体和个体发育早期的表达情况。其中gdf-8Ⅰ主要在肌肉中表达,而gdf-8Ⅱ则主要在脑和脂肪组织中表达,肌肉中并未检测到表达。这提示大黄鱼两型gdf-8由于基因的复制及不同的进化历程,可能使它们的功能产生分歧,主要由gdf-8Ⅰ执行抑制肌肉生长的作用,而gdf-8Ⅱ可能与脑和脂肪等的发育调控有关。另外,gdf-8Ⅰ在个体发育早期的多个阶段有表达,而gdf-8Ⅱ在这些阶段均未检测到。
同时,用FQ-PCR(Fluorescence Quantitative Real Time PCR)检测了gdf-8Ⅰ与gdf-8Ⅱ在大黄鱼成体和个体发育早期的表达情况。结果表明gdf-8Ⅰ与gdf-8Ⅱ在所有组织及个体发育的各个阶段均有表达,但存在较大的时空表达差异。其中gdf-8Ⅰ主要在肌肉中表达,而gdf-8Ⅱ则主要在脑和脂肪组织中表达。这一结果与常规RT-PCR检测结果一致。Gdf-8Ⅰ在个体发育早期阶段的表达量高于gdf-8Ⅱ,且gdf-8Ⅱ在发育早期各个阶段基本上处于低水平的表达状态。这提示gdf-8Ⅰ可能在大黄鱼早期形态建成,如肌节形成等方面发挥主控作用,而gdf-8Ⅱ可能司职其它功能。