拟穴青蟹fruitless基因鉴定及在性腺发育中的表达与调控研究

来源 :汕头大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:philipsyin
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拟穴青蟹是一种具有重要经济价值的水产养殖蟹类,具有生长速度快、体型大、营养价值高和肉质鲜甜等特点,膏蟹更是被誉为“海上人参”。性成熟的雌蟹被称为膏蟹,具有饱满的蟹膏和独特的风味,不但需求量大,而且价格高,具有巨大的经济价值。然而,青蟹养殖业仍面临许多问题,比如人工养殖蟹苗不足、青蟹相互争斗残杀和性别控制困难等,凸显出了青蟹性别发育、同性争斗和求偶交配等方面的分子机制研究缺乏的问题,这极大限制了青蟹科学养殖和苗种繁育工作的开展。本研究通过筛查拟穴青蟹转录组数据,得到了2个fruitless基因Spfru1和Spfru2及与后者相关的一个miRNA,Spfru1含有2个可变剪接体:Spfru1-a和Spfru1-b,通过RT-PCR技术检测了Spfru1-a、Spfru1-b和Spfru2在青蟹不同组织、性腺不同发育时期和不同交配状态中的时空表达特征,再通过荧光原位杂交实验对其进行性腺组织定位。最后通过沉默与过表达miRNA,初步研究了novel_miRNA-35与靶基因Spfru2的调控关系。主要结果和结论如下:1.经过克隆得到Spfru1-a cDNA全长为3784bp,共编码878个氨基酸;Spfru1-b cDNA全长为3178bp,共编码475个氨基酸;Spfru2 cDNA全长为4487bp,一共编码了543个氨基酸。通过序列比对,发现Spfru1-a的前1747bp和Spfru1-b前1141bp序列不同,但两个可变剪切体后2037bp序列完全相同,序列一致性为64.98%。Spfru1-a蛋白序列的前517AA和Spfru1-b蛋白序列的前114AA序列不同,但Spfru和Spfru1-b的蛋白序列后361AA序列完全相同,两个可变剪接体的蛋白质序列一致性为42.03%。结构域预测结果显示,Spfru1-a、Spfru1-b和Spfru2均包含保守的BTB结构域,Spfru1-a包含2个C2H2-Zn F区域,Spfru1-b包含3个C2H2-Zn F区域,Spfru2缺乏C2H2-Zn F区域,但包含一个BEN结构域。以BTB结构域序列构建的进化树的结果显示,昆虫纲的Fru聚为一支,而甲壳动物的Fru聚为一支,且Spfru1与Spfru2的距离最近,Spfru1和Spfru2则与中华绒螯蟹的距离最近。2.RT-PCR的结果显示,Spfru1-a、Spfru1-b和Spfru2在拟穴青蟹不同组织中均有不同程度表达,Spfru1-a和Spfru2在卵巢中的表达量显著高于其它所有组织,Spfru1-a还在雌性胸神经节、肠和肌肉中的表达量显著高于雄性,Spfru1-b在精巢中的表达量显著高于其它所有组织(P<0.05)。Spfru1-a在卵巢Ⅰ期到Ⅲ期的表达量较高,到卵巢Ⅳ期和卵巢Ⅴ期,表达量开始下降,在精巢三个时期表达均相对较低;Spfru1-b在卵巢Ⅰ期到卵巢Ⅳ期的表达量较高,在卵巢Ⅴ期的表达量大幅下降,在精巢Ⅰ期、精巢Ⅱ期和精巢Ⅲ期中表达水平呈上升趋势,尤其精巢Ⅱ期到精巢Ⅲ期的过程中,Spfru1-b的表达水平急剧上升,在精巢Ⅲ期超过卵巢的表达水平;不同发育时期性腺的表达结果显示,Spfru2在卵巢Ⅰ期到Ⅳ期的表达量较高,在精巢三个时期表达均相对较低,因此猜测Spfru1-a、Spfru1-b和Spfru2可能在拟穴青蟹卵巢的发育和成熟中起到重要的作用,Spfru1-a还可能参与调节神经细胞的发育,Spfru1-b可能在拟穴青蟹精巢的发育和成熟中也起到关键性的作用。在雄蟹中,Spfru1-a和Spfru1-b在未交配到在交配前的过程中,Spfru1-b的表达水平急剧上升(P<0.05),在交配后表达水平下降到与未交配状态的表达量接近,因此猜测,Spfru1-a和Spfru1-b可能参与调控雄性拟穴青蟹的求偶交配行为。在雌蟹中,Spfru1-a的表达水平呈上升趋势,尤其从交配后一天到交配后三天的过程中,其表达水平急剧上升;Spfru1-b在未交配到在交配前的过程中表达水平呈下降趋势(P<0.05),在交配后Spfru1-b的表达上升到与未交配状态的表达水平相同;Spfru2在雌蟹从未交配和交配前的表达水平无显著差异且相对较低,但从交配前到交配后三天的过程中,其表达水平呈上升趋势(P<0.05);一方面,由于卵巢Ⅰ期的细胞发育处于相对慢速发育期,雌蟹在生殖蜕壳并且交配后,卵巢细胞开始进入快速发育期,因此猜测Spfru1-a和Spfru2可能在启动卵巢快速发育和成熟的过程中到发挥重要作用,另一方面,fruitless基因可能参与调控雌蟹的求偶交配行为。荧光原位杂交的结果显示,在精巢中,Spfru1-a和Spfru2的m RNA定位在精子细胞和生精管上皮,Spfru1-b定位在精子细胞;在卵巢中,Spfru1-a、Spfru1-b和Spfru2的m RNA定位在卵母细胞的细胞质中。3.序列比对发现,novel_miRNA-35的种子序列与Spfru2的3’UTR碱基互补配对,荧光定量检测结果显示,novel_miRNA-35在性腺不同发育时期中的表达水平具有显著的差异,在性腺中,Spfru2和novel_miRNA-35的表达呈现相反趋势。进一步对novel_miRNA-35进行过表达和沉默干扰,结果显示,在这两种过程中,Spfru2和novel_miRNA-35的表达变化均呈现出相反的趋势,因此猜测Spfru2是novel_miRNA-35的靶基因,并且novel_miRNA-35可能通过种子序列与Spfru2的3’UTR互补结合发挥负调控作用。综上所述,Spfru1和Spfru2可能在拟穴青蟹的的性别决定、分化和成熟通路中起到重要的作用,并且可变剪接体Spfru1-a和Spfru1-b在拟穴青蟹中的表达具有明显的性别特异性,暗示了拟穴青蟹可能存在与果蝇相似性别特异性的fruitless基因可变剪接模式。novel_miRNA-35可能通过负调控靶基因Spfru2在拟穴青蟹性别决定、分化和成熟中发挥作用。
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