鳜鱼BAC文库构建及嗅觉基因簇鉴定与转录调控研究

来源 :华中农业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:hyhf_lwh
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鳜鱼(Siniperca chuatsi)是我国特有的名贵淡水鱼,其肉质鲜美,无肌间刺,深受广大消费者喜爱。鳜鱼是一种专性肉食性鱼类,开口即食活饵,自然条件下拒绝摄食死饵或者人工饲料。鳜鱼的这种特殊食性和摄食行为促使其成为人们研究摄食调控及驯食机理的良好模型。嗅觉是参与鱼类摄食、繁殖、躲避敌害和识别种间或种内个体的主要感觉之一。已有行为学和解剖学研究表明鳜鱼的嗅觉在摄食过程中作用不大,可能发生退化。然而,探究鳜鱼嗅觉功能的分子层面研究却非常匮乏,因此研究鳜鱼嗅觉基因的进化可以为鳜鱼嗅觉的适应性退化提供理论依据。随着基因组时代的到来,鳜鱼基因组测序计划也提上日程。本文以鳜鱼为研究对象,构建了高质量BAC文库,利用生物信息学手段,在全基因组范围鉴定了鳜鱼嗅觉受体基因家族并进行系统发育分析。利用转录组测序技术,对鳜鱼嗅上皮中的嗅觉相关基因的表达模式进行研究。最后,通过DNase I超敏位点试验,初步探究了鳜鱼OR基因簇远端调控元件的功能。主要内容如下:(1)鳜鱼BAC文库的构建及基因筛选本研究选取1尾健康的成年鳜鱼,以尾静脉血液为材料,利用Hind III酶切,构建了一个鳜鱼基因组BAC文库。该BAC文库共84,480个克隆,平均插入片段为124.6kb,空载率为2.5%,理论有效克隆数目是82,368个,共保存在220块384孔板中。以鳜鱼基因组800 Mb估算,该BAC文库的基因组覆盖度为10.5×。另外,为建立高效的PCR筛选基因的方法,以每板的384个克隆为单位构建了220个一级混合池。为检测文库质量,利用PCR筛选方法,选取了5个微卫星标记和1个基因,得到阳性混合池数目是1-19。此外,再次选择2个线粒体基因进行筛选,筛选结果显示该文库没有线粒体污染。筛选V2R基因簇所在克隆,并对克隆Sc_28_J18进行鸟枪法测序,共获得26个scaffolds,全长大约为53 kb,对序列注释发现该克隆含有5个完整的和1个残缺的V2R基因。结果表明鳜鱼BAC文库质量合格,可以在目的基因或者分子标记的筛选,物理图谱构建以及基因组测序组装等方面提供帮助。(2)鳜鱼嗅觉受体基因家族的鉴定及进化研究本研究通过挖掘本实验室鳜鱼基因组数据,在全基因组范围内检索并鉴定了4个嗅觉受体基因家族成员。OR基因家族共包括152个基因,其中123个功能基因,29个假基因,成簇分布在第9,19,22和10号染色体;系统发育分析发现OR基因的进化与物种进化近乎一致;选择压力分析发现OR的6个group均受到纯化选择;对OR家族的组成结构分析结果显示OR的subfamily数目明显低于其他鲈形目鱼类,意味着鳜鱼OR基因多样性降低,这可能与其单一的食物来源有关。TAAR基因家族共包括45个功能基因和15个假基因,主要分布在第10,12和19号染色体;鳜鱼TAAR13亚型发生扩张,并在系统发育树上形成鳜鱼特异簇。V1R家族共有6个基因成员,其中Sc V1R2基因是假基因。V2R家族包含30个功能基因和3个假基因;所有V2R基因均分布在9号染色体上;30个功能基因均包含完整的V2R家族功能结构域。(3)鳜鱼嗅觉组织转录组学研究对鳜鱼不同发育时期(1月龄和1龄)嗅上皮组织进行转录组学研究,探究嗅觉相关基因的表达模式。对转录组测序数据进行过滤,1月龄组和1龄组获得的clean reads分别为326,389,776条和325,477,852条。所有clean reads组装后共得到106,764个Unigene。其中Unigene的总长度、平均长度以及N50分别为221,250,232 bp,2,072bp和3,683 bp;一共有106,764个Unigenes获得功能注释。在不同发育时期的嗅上皮转录组中共得到15,105个差异表达基因,与1月龄相比,1龄鳜鱼中显著上调的基因有7,823个,显著下调的有7,282个。同时,从转录组中共鉴定出有表达的嗅觉相关基因239个,分别是OR基因145个,TAAR基因32个,VR基因62个。其中,差异表达的嗅觉相关基因数目是140个。与1月龄相比,1龄鱼中除了2个OR基因表达显著上调,其余90个均显著下降;TAAR基因表达显著下调的共有19个,没有发现上调基因;VR基因有5个显著上调,24个显著下调。结果发现随着鳜鱼的生长,几乎所有嗅觉相关基因的表达量均显示下降。与成年斑马鱼相比,鳜鱼嗅觉相关基因的平均表达量均在较低水平。(4)OR基因簇5’远端上游DNase I超敏位点的初步研究为探究鳜鱼OR基因簇是否存在远端调控元件及其调控功能,本研究通过DNase I超敏感位点试验确认OR基因簇远端调控元件。Southern杂交结果发现在距离OR基因簇5’远端上游约1.1 Mb的位置存在一个DNase I超敏位点。超敏位点区序列具有降低报告基因萤光素酶的转录活性,认为该片段具有沉默子活性,抑制了荧光素酶基因的表达。序列比对发现OR基因簇5’远端上游DNase I超敏区存在一个与沉默子特征序列高度同源的序列5’-ATCCTCTCT-3’;转录因子结合位点预测发现该片段存在2个抑制因子TGIF和Xvent-1的结合位点。上述结果暗示该超敏位点具有调控功能,可能是下游OR基因簇的远程调控元件。
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