铜绿微囊藻胁迫对中华拟同形溞生长发育的影响及蜕皮相关基因的筛选

来源 :淮北师范大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:xxxxx20090818
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自八十年代以来,安徽巢湖的富营养化一直处于较高的水平,微囊藻水华频繁发生,枝角类与微囊藻间的相互作用已成为研究热点。中华拟同形溞是巢湖枝角类的优势种类。通常,蜕皮是甲壳动物(如枝角类)生活史过程中的重要生理现象。一些研究已经在部分甲壳动物中筛选出与蜕皮相关的基因,但有关溞属种类蜕皮的分子机理尚不清晰。另一些研究表明,铜绿微囊藻对溞属种类的生长发育有明显抑制影响,进而干扰其蜕皮。本研究以采自巢湖的中华拟同形溞为对象,以斜生栅藻和铜绿微囊藻的混合藻类为食,研究了铜绿微囊藻胁迫下中华拟同形溞成熟前后3个龄期的转录组测序,筛选了中华拟同形溞与蜕皮相关的候选基因。本研究旨在揭示影响中华拟同形溞蜕皮的分子机理,为后续深入探讨溞属种类与蜕皮相关基因的功能提供参考。结果如下:1.随着铜绿微囊藻浓度的增加,中华拟同形溞在成熟前后龄期的生长时间均逐渐缩短。铜绿微囊藻的存在显著缩短了中华拟同形溞的成熟时间和首次产幼溞时间(P<0.001)。成熟前1龄的生长时间,短于成熟期和成熟后1龄。M0组(对照组)的中华拟同形溞在第6龄首次怀卵,而含铜绿微囊藻组(M2和M4组)则在第5龄达到性成熟。随着铜绿微囊藻浓度的增加,中华拟同形溞成熟前后龄期的体长均显著变短(P<0.05),首次怀卵数均显著减少(P<0.05)。此外,在含铜绿微囊藻组中,一些不能正常蜕皮的中华拟同形溞个体被观察到。2.选择M0组的中华拟同形溞成熟前1龄(SP)、成熟期(SM)和成熟后1龄(SA),与M2组的成熟前1龄(MP)、成熟期(MM)和成熟后1龄(MA)进行转录组测序,混合组装后获得18978条unigenes,N50长度为4432bp,平均长度2138bp。在Nr数据库中,与大型溞(Daphnia magna)的相似序列占比高达80.5%。GO富集分析显示,在差异表达基因中,MP vs SP中的上调基因和下调基因都集中在角质层的结构成分功能上,而在MM vs SM中的上调基因主要富集在角质层的结构成分上;在MA vs SA中的下调基因集中在几丁质结合上。此外,SA vs SM的上调基因和SM vs SP、SA vs SP的下调基因主要富集在角质层的结构成分上。MA vs MP的上调基因集中在角质层的结构成分和结构分子活性上,而MA vs MP的下调基因则集中在角质层的结构成分、几丁质结合和结构分子活性上。3.在3个食物组中,Cluster-540.2485,Cluster-540.900,Cluster-540.7298,Cluster-540.9829,Cluster-540.3396,Cluster-540.4653,Cluster-540.8037,Cluster-540.7063,Cluster-540.9291和Cluster-540.3989在中华拟同形溞的成熟前1龄的相对表达量高于成熟期和成熟后1龄(P<0.05)。Cluster-540.9000在M0和M2组的成熟前1龄的相对表达量均高于成熟期和成熟后1龄(P<0.05)。Cluster-540.8242,Cluster-540.6498和Cluster-540.6920在M0和M4组的成熟前1龄的相对表达量高于成熟期和成熟后1龄(P<0.05)。与M0组相比,Cluster-540.6498,Cluster-540.9291,Cluster-540.6920和Cluster-540.3989在M2和M4的成熟前后3个龄期的表达水平均显著上调(P<0.05)。根据试验结果和差异表达基因的功能注释,Cluster-540.2485,Cluster-540.900,Cluster-540.9000,Cluster-540.7298,Cluster-540.8242,Cluster-540.9829,Cluster-540.6498,Cluster-540.3396,Cluster-540.4653,Cluster-540.8037,Cluster-540.7063,Cluster-540.9291,Cluster-540.6920和Cluster-540.3989等14个基因可以作为中华拟同形溞与蜕皮相关的候选基因。9个已知蜕皮基因(Ec R、E75、HR38、FTZ-f1、HR3、USP、shade、nvd1和nvd2)在本研究的中华拟同形溞转录组的差异表达基因中也被发现,且表达水平在铜绿微囊藻胁迫下存在明显差异性。与M0组相比,在含铜绿微囊藻组(M2和M4)中,Ec R,E75和FTZ-f1在中华拟同形溞成熟前后3个龄期的相对表达量均显著下调(P<0.01);HR38和USP在成熟前1龄和成熟后1龄的相对表达量均显著下调(P<0.001);HR3和shade仅在成熟前1龄的相对表达量显著下调(P<0.01);而nvd1在成熟期和成熟后1龄的相对表达量均显著上调(P<0.01);nvd2在成熟期的相对表达量显著上调(P<0.05),而在成熟后1龄的相对表达量显著下调(P<0.001)。总之,铜绿微囊藻的存在对中华拟同形溞生长发育有明显的抑制作用。本研究,在铜绿微囊藻胁迫下,筛选出中华拟同形溞与蜕皮相关的候选基因,丰富了枝角类在蜕皮方面的生物学信息。
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