凡纳滨对虾(Pacific white shrimp,Litopeneaus vannamei)作为甲壳动物的典型代表物种和重要的对虾养殖种类,了解其发育机制在理论和实践上具有重要的指导意义。凡纳滨对虾的发育是一个增节变态(Anamorpllosis)发育的过程,从胚胎到幼体其形态结构不断发生变化,差异非常显著,但其发育调控机制目前尚不清楚。鉴于Hox基因对生物体节形成和组织发育的关键作用及其进化保守性,对凡纳滨对虾Hox基因的研究将有利于我们了解其形态发育机制和系统发生地位。Hox基因家族(Homeobox gene family)是一类与真核生物发育密切相关的重要基因,其编码的同源异型结构域(Homeodomain,HD)蛋白作为一类转录调控因子,通过调控下游靶基因或者其他Hox基因家族成员的转录表达来决定生物体的形态发育。Hox基因序列变化、数目变化以及调控变化都伴随着形态构造的改变,Hox基因的进化与形态的进化一致。因此,Hox基因是研究生物生长发育和形态进化的关键基因。本论文通过收集凡纳滨对虾转录组中Hox基因序列信息,采用生物信息学方法对Hox基因家族成员进行鉴定分类,分析其结构特征,通过与多个外源物种同源序列进行比对构建进化树分析其系统发生地位。利用凡纳滨对虾早期发育的基因表达谱数据分析其在胚胎和幼体发育过程中的表达模式,分析了其在对虾形态发生中可能的功能,并利用RT-qPCR技术研究了Hox基因在凡纳滨对虾组织中的表达分布。本文取得的主要结果如下:1.首次从凡纳滨对虾转录组中筛选得到27条Unigenes,通过Blast比对分析归结得到13条Hox基因序列,分别命名为Lvlab、Lvpb、LvHox3、LvDfd、LvScr、Lvftz、LvAntp、LvUbx、LvabdA、LvAbdB、LvMsx、Lv Mnx和LvDll。大多数Hox基因编码的蛋白一级结构均由包含一个含YPWM(或者类似的4个氨基酸)的基序和一个约60个氨基酸的保守同源异型结构域(HD)组成,同源序列间非常保守,相似度都在75%以上;蛋白的二级结构中,HD区域可形成螺旋-转角-螺旋结构;蛋白三级结构中,YPWM基序可扭曲成环,是辅助因子的结合位点,可提高hox基因与靶基因的结合效率。hd区域可盘旋折叠成具有两个平行螺旋和一个与其垂直的螺旋的空间结构。hd区域作为功能域结构,富含亲水性带正电荷的氨基酸,使之易与带负电的靶dna序列结合,垂直螺旋有利于hox蛋白与靶序列稳定结合从而发挥本身作为转录因子的调控作用。2.将凡纳滨对虾hox基因的转录组序列与凡纳滨对虾基因组序列进行blastn比对分析,发现大多数凡纳滨对虾hox基因在基因组上的转录方向是5’到3’,只有lvftz、lvabdb和lvdll的转录方向是从3’到5’。目前,已找到6个基因同在lg41号连锁群上,其顺序为:lvlab、lvdfd、lvscr、lvantp、lvubx和lvabda。种内hox基因间蛋白序列比对聚类结果显示,不同类型的hox基因hd区域存在一定程度的相似性,相邻hox基因间首先聚为一类,其次再与相隔的基因相聚,支持hox基因来源于同一祖先的假设。选择在连锁群上位置连锁且序列完整的5个hox基因(lvdfd、lvscr、lvantp、lvubx和lvabda)与外源物种的同源序列进行比对构建进化树,发现凡纳滨对虾的hox基因的系统发生与六足亚门的hox基因更为近缘,这与前人的研究结果一致。3.根据凡纳滨对虾早期发育的转录组数据绘制凡纳滨对虾hox基因的表达谱,分析各hox基因在凡纳滨对虾早期发育中的表达模式。结果显示,在凡纳滨对虾早期发育的不同时期,各hox基因表达趋势和丰度都呈现动态变化,不同时期表达差异很大,与凡纳滨对虾早期发育过程中形态的逐期变化密切相关。总体看来,lvlab、lvpb、lvhox3、lvdfd、lvftz、lvmsx、lvmnx和lvdll主要在无节幼体及之前的时期表达活跃,可能参与头部各对附肢和器官组织发育;lvscr、lvantp、lvubx、lvabda和lvabdb则在溞状幼体及之后的时期活跃表达,可能主要调控胸腹部及其组织器官的发育。hox基因之间的表达也相互影响,例如lvubx与lvabda可能协同表达抑制lvdll的表达决定胸腹部附肢的发生和分化。各hox基因间复杂的调控机制共同决定凡纳滨对虾的形态发育。4.利用rt-qpcr技术分析了凡纳滨对虾hox基因的组织表达特征,结果证明不同的hox基因在对虾成体不同的组织表达差异很大。lvlab和lvmnx主要在胃和肝胰腺中表达,lvpb主要在胃中表达,lvhox3主要在眼柄中表达,lvdfd主要在鳃中表达,lvftz主要在卵巢和表皮中表达,lvscr主要在表皮、鳃和肌肉中表达,LvAntp主要在心脏中高表达,LvUbx只在精巢和鳃中检测到低量表达,LvabdA和LvAbdB主要在神经中表达,LvDll在精巢、血细胞和胃中表达较高,LvMsx只在卵巢和精巢中低量表达。这些发现预示着Hox基因家族不但在凡纳滨对虾胚胎和幼体的早期发育中起到调控形态建成的作用,在对虾成体的不同器官中也发挥着功能,说明Hox基因具有功能多样性。此外,按照原始Hox基因簇的排列顺序,排序靠前的基因Lvlab、Lvpb、LvHox3、LvDfd、LvScr、LvAntp和散在的基因LvDll、LvMnx,参与调控的组织器官全部位于或部分位于头胸部;而位置靠后的基因LvabdA和LvAbdB则主要参与肠、神经、卵巢、精巢以及肌肉等分布范围较长较广的组织的发育调控。说明Hox基因在基因簇上的位置与其表达分布的组织器官中在躯体中的位置的顺序在整体上呈现一定的共线性规律。