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蜕皮激素在节肢动物蜕皮、附肢再生以及繁殖等生理过程起着重要作用。蜕皮激素受体(Ecdysone receptor,EcR)在整个蜕皮激素信号通路中起重要作用。当蜕皮激素合成达到一定浓度以后,能够诱导EcR与维甲酸X受体(retinoid Xreceptor,RXR)形成有功能的EcR/RXR异源二聚体,进而启动蜕皮激素信号通路产生级联反应,诱导E75、E74、Broad Complex(BR-C)等早期应答基因的转录。这些早期应答基因进一步调控下游一些蛋白酶和其它基因的陆续表达,产生次级应答,从而调控节肢动物生长发育、细胞调亡、繁殖等生理过程。 本文以我国东南沿海重要的海洋经济蟹类—拟穴青蟹(Scyllaparamamosain)为研究对象,采用RT-PCR和RACE等方法从拟穴青蟹中克隆得到EcR(SpEcR)、RXR(SpRXR)和E75(SpE75)基因序列,并采用生物信息学方法对其序列和编码蛋白质的理化性质、分子系统进化关系等进行了预测和推断;应用实时荧光定量PCR(qRT-PCR)、高效液相色谱质谱联用、核酸原位杂交、活体注射、体外培养、dsRNA干扰等技术探究了上述基因以及蜕皮激素在拟穴青蟹卵巢发育中的功能。此外,还研究了不同环境因子对仔蟹蜕皮的影响以及SpEcR基因表达的响应。主要研究结果如下: 1)本实验探究了SpEcR在卵巢发育过程中的功能。从拟穴青蟹中克隆到了SpEcR1、SpEcR2和SpEcR3的3个同工型cDNA序列,它们分别编码432、405和432个氨基酸。序列比对发现在SpEcR2的铰链域存在一个81 bp的选择缺失位点,同时在SpEcR1和SpEcR3的配体结合域(Ligand-binding domain,LBD)存在一段147 bp的替代序列。qRT-PCR发现SpEcR在所检测组织中均有表达,并且在卵巢和眼柄神经节中表达量较高。在卵巢发育过程中,SpEcR的表达量从卵巢发育Ⅰ期(未发育期)开始不断增加,在卵巢发育Ⅳ期(卵黄发生后期)达到最大值。高效液相色谱质谱联用结果显示,血淋巴中的20羟基蜕皮酮(20-hydroxyecdysone,20E)的浓度变化与SpEcR基因表达量变化相似:从卵巢发育Ⅰ期开始不断增加,在卵巢发育Ⅲ期(卵黄发生早期)和卵巢发育Ⅳ期达到较高值,在卵巢发育Ⅴ期(成熟期)降低。原位杂交结果显示,SpEcR mRNA主要定位在卵巢的滤泡细胞而不是卵母细胞。活体注射实验表明,注射0.2μg/g青蟹体重的20E能够显著刺激卵黄发生早期雌性青蟹卵巢内SpEcR和卵黄蛋白原(Vitellogenin,Vg)基因的表达,但是对卵黄发生前期的青蟹没有显著影响。此外,体外培养实验进一步表明,添加5.0μM20E能够明显促进卵黄发生早期卵巢内SpEcR和SpVg基因的表达,但是对卵黄发生前期的卵巢没有影响。最后,体外基因沉默实验表明SpEcR双链RNA(dsRNA)能够明显抑制体外培养卵巢组织中SpEcR和SpVg基因的表达。这些结果表明,20E和定位于滤泡细胞中的SpEcR通过调节SpVg基因的表达来调控拟穴青蟹卵巢发育过程。 2)对同步蜕皮的拟穴青蟹1期仔蟹(C1)进行不同温度(14、20、26、32、39℃)、不同盐度(5、10、20、30、40)、饥饿以及自切(自切实验采用2期仔蟹)处理,探究这些因子对仔蟹蜕皮成功率、蜕皮间期和相应的SpEcR基因表达的影响。实验结果表明:仔蟹在14℃低温条件下无法正常蜕皮,同时SpEcR的基因表达受到明显抑制。32℃培养条件下,SpEcR基因的表达量增加,与其它处理相比,仔蟹的蜕皮间期被明显缩短。但是当温度继续升高到39℃时,从6h开始SpEcR基因的表达受到抑制,同时仔蟹无法正常蜕皮,最终全部死亡。当仔蟹暴露于盐度5下72h时,SpEcR基因被诱导高表达,并且仔蟹蜕皮加快。然而40高盐条件下,仔蟹蜕皮间期延长,SpEcR基因表达受到抑制。盐度10-40条件下仔蟹蜕皮成功率没有明显差异。在饥饿处理实验中,与正常投喂组相比,当仔蟹持续饥饿48 h以后,SpEcR基因表达开始受到明显抑制,并且所有仔蟹都不能正常蜕皮。尽管仔蟹蜕皮成功率不受自切的影响,但是仔蟹蜕皮间期却从5.8天(完整组)延长到6.2天(自切组)。在仔蟹培养到120 h之前,自切组SpEcR基因表达量低于正常组表达量,但是当继续培养到134 h(自切仔蟹的蜕皮前期)时自切组SpEcR基因表达量急剧增加并且明显高于对照组。以上实验结果表明拟穴青蟹仔蟹具有较广的盐度和温度耐受范围;温度、盐度、饥饿和自切能够影响拟穴青蟹仔蟹蜕皮,同时SpEcR基因表达的变化可能在调控蜕皮过程中起到了重要作用。 3)对发育同步刚蜕皮的拟穴青蟹2期仔蟹(C2)进行自切和不同食物量投喂处理,探究自切、投喂量以及两者交互作用对仔蟹生长发育以及相应SpEcR基因表达的影响。实验结果表明:自切和不同投喂量能够显著影响青蟹仔蟹的蜕皮间期、蜕皮成功率、C3的壳长、壳宽以及体重,同时对蜕皮间期有明显的交互影响。随着投喂量的减少,无论是自切还是完整仔蟹,蜕皮间期被显著延长,全部仔蟹完成蜕皮的时间跨度变大,同时C3壳宽和体重增加被显著抑制。饥饿条件下,所有仔蟹都无法蜕皮而死亡。除了饥饿组外,其它处理仔蟹都保持较高蜕皮成功率,并且没有显著差异。在不同投喂组中,自切能够明显抑制仔蟹体重的增长,但是对全部仔蟹完成蜕皮的时间跨度没有显著影响。饱食条件下,自切能够延长仔蟹蜕皮间期,但是1/4投喂组中,自切并不能延长仔蟹蜕皮间期。qRT-PCR结果显示:不同处理组中SpEcR基因表达量与仔蟹蜕皮间期一致。无论是自切还是完整仔蟹,随着食物量的减少,其体内的SpEcR基因表达被抑制。在饱食和1/2投喂组中,自切在C2发育早期能够抑制SpEcR基因的表达,但在仔蟹蜕皮前期,自切组SpEcR基因表达量急剧增加。1/4投喂组中,自切对SpEcR基因表达量的影响并不明显。以上实验结果表明拟穴青蟹仔蟹具有非常强的饥饿耐受能力;自切和投喂量能够影响仔蟹蜕皮、生长和发育同步性,同时SpEcR参与了不同处理对仔蟹蜕皮过程的调节。 4)本实验探究了SpRXR和SpE75在卵巢成熟和仔蟹发育过程中的功能。从拟穴青蟹中克隆到了SpRXR和SpE75的cDNA序列。SpRXR包含由于LBD中存在的5个或43个氨基酸选择性缺失而产生的3个同工型,分别为SpRXR1,SpRXR2和SpRXR3。SpE75基因全长3551 bp,开放阅读框编码795个氨基酸。qRT-PCR分析发现,SpRXR和SpE75体在所检测组织中均有表达,在卵巢中的表达量较高。SpRXR和SpE75在卵黄发生前期的表达量较低,随着卵巢发育,在卵黄发生早期和后期大量表达,并且显著高于卵黄发生前期。原位杂交结果显示SpRXR mRNA主要定位在卵巢的滤泡细胞。活体注射实验表明,注射0.2μg/g青蟹体重的20E能够显著刺激卵黄发生早期雌性青蟹卵巢内SpE75和SpVg基因的表达,但是对SpRXR没有显著影响。离体培养实验进一步显示,卵巢内的SpRXR、SpE75和SpVg的表达能够被5μM外源20E诱导。在拟穴青蟹C1发育过程中,SpRXR基因表达量在0、24和48 h较高,72 h开始下降,到120 h后再次上升。SpE75在C1发育的开始阶段表达量较低,72 h后开始升高,在96h和120 h达到最大值。在饥饿条件下,分别从48 h和72 h开始,仔蟹体内的SpRXR和SpE75基因表达量被显著抑制。这些结果表明,SpRXR和SpE75参与了拟穴青蟹卵巢成熟和仔蟹发育过程。