青蛤紫色壳色形成原因初探及相关基因克隆表达分析

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贝类壳色常呈现出多态性,壳色可以作为优良性状的标记色,用于贝类良种选育研究。目前关于青蛤的研究报道,主要集中于其生物学特性、形态结构、生殖生理以及苗种培育等方面,然而对于青蛤壳色形成的原因、分子机制及青蛤紫、白壳个体间生长及营养差异方面的研究尚未见报道。因此,本研究先对青蛤紫壳成因进行初步探究,了解到色素主要存在于紫壳珍珠层中且类胡萝卜素可能是紫壳中色素的主要组成部分,紫壳中总类胡萝卜素含量在外套膜外缘选择性沉积,青蛤紫壳个体与类胡萝卜素的含量存在一定正向连锁关系;通过对青蛤紫、白壳个体之间生长指标和营养成分的测定,探究壳色性状与其生长和营养之间的关系,了解到紫壳和白壳个体间在生长和营养上均存在一定差异,且紫壳性状与其生长和营养存在一定正向关联关系;利用RACE技术克隆并鉴定青蛤壳色相关基因的全长c DNA序列,并利用q RT-PCR技术分析基因表达的组织分布,了解到相关基因可能在外套膜中类胡萝卜素选择性运输发挥重要作用。本研究的具体结果如下:(1)为了探究青蛤紫壳的形成原因,本研究通过体视镜测定青蛤壳中紫色色素的分布、使用电感耦合等离子体原子发射光谱仪测定金属元素含量、使用拉曼光谱仪获得青蛤壳中色素的拉曼光谱、通过提取青蛤不同组织中的总类胡萝卜素算出类胡萝卜素在各组织中的分布及探索壳中色素的物理和化学性质一系列实验。结果显示,与白色贝壳相比,紫色贝壳中交替出现紫色和白色区域,紫色色素主要存在于珍珠层与贝壳棱柱层交界处的珍珠层中;紫色和白色贝壳中的铁和锰含量存在一定差异,但差异无统计学意义;类胡萝卜素的强峰(1510-1513、1125-1128、1014-1016、1297-1299 cm-1)出现在紫壳的紫色部分的拉曼光谱中,而在紫壳的紫色部分和白壳的白色部分中未观察到类胡萝卜素峰,类胡萝卜素可能是壳中紫色色素的主要成分;紫壳中的总类胡萝卜素含量高于白壳,紫壳青蛤外套膜外缘的总类胡萝卜素含量约为外套膜内缘的4倍,是白壳青蛤外套膜外缘的3倍,但差异无统计学意义(P>0.05),类胡萝卜素在外套膜外缘、外套膜内缘、水管、腹足和性腺中大量沉积,紫壳青蛤外套膜外缘和壳中番茄红素、叶黄素、玉米黄质和β-胡萝卜素的含量均显著高于白壳青蛤(P<0.01);壳中紫色色素与壳的物理结构没有明显的联系,壳中的紫色色素可被强酸溶液破坏,且不溶于水,紫色色素的物理和化学性质与类胡萝卜素的物理和化学性质高度一致。研究表明,类胡萝卜素可能是壳中紫色色素的主要成分,总类胡萝卜素在紫壳青蛤外套膜和壳的外缘有选择性运输。(2)为了探究青蛤壳色性状与其生长和营养成分之间的关系,本研究对青蛤不同壳色个体的生长指标及营养组分进行了测定分析。结果显示,青蛤紫壳个体(整体)的湿重、壳长、水管和鳃组织湿重占比显著高于白壳个体(P<0.05),青蛤紫壳个体(整体)的壳宽和外套膜组织湿重占比极显著高于白壳个体(P<0.01)。青蛤紫壳个体可食部分的粗脂肪和粗蛋白含量极显著高于白壳个体(P<0.01)。紫壳和白壳个体的必需氨基酸与总氨基酸比值分别为37.46%和37.02%,且紫壳个体显著高于白壳个体(P<0.05);必需氨基酸与非必需氨基酸比值分别为67.72%和66.60%,且紫壳个体显著高于白壳个体(P<0.05),表明紫壳个体氨基酸平衡效果优于白壳个体,且均属于优质蛋白。紫壳和白壳个体的单不饱和脂肪酸主要以棕榈酸为主,分别占可食部分脂肪酸总量的9.97%和9.85%,多不饱和脂肪酸主要以EPA和DHA为主,其中EPA分别占脂肪酸总量的6.64%和6.54%,DHA分别占脂肪酸总量的8.00%和8.51%。研究表明,紫壳和白壳个体间在生长和营养上均存在一定差异,且紫壳性状与其生长和营养存在一定正向关联关系,为利用紫壳性状作为遗传标记进行青蛤良种选育提供理论依据。(3)本研究利用RACE技术成功克隆并鉴定了青蛤壳色相关基因低密度脂蛋白受体基因(ldlr,low density lipoprotein receptor)的全长c DNA序列,并利用q RT-PCR技术分析了ldlr基因表达的组织分布。结果表明,ldlr基因的全长c DNA序列共961 bp,包含666 bp开放阅读框,编码221个氨基酸,系统进化树结果表明青蛤与牡蛎有着相对密切的进化关系,说明其进化地位最为相近。q RT-PCR结果显示,ldlr基因编码的m RNA在紫壳青蛤的外套膜外缘高度表达。研究结果表明,类胡萝卜素可能在紫壳青蛤外套膜中选择性转运,ldlr基因可能在外套膜中类胡萝卜素的选择性运输中发挥重要作用,但还需要进一步的功能研究,将有助于阐明青蛤壳颜色的形成机制。该论文有图14幅,表8个,参考文献161篇。
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