硬骨鱼类MSLs基因的结构和功能分析

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硬骨鱼类在物种进化过程中具有重要的地位,是生物学研究中的重要模式生物。大黄鱼(Larimichthys crocea)和斑马鱼(Danio rerio)都属典型的硬骨鱼。大黄鱼因其重要的经济价值已逐渐成为研究的热点,斑马鱼因其代时短,易繁殖和管理的优点系重要模式生物,被广泛应用于众多的生物研究领域。雄性特异性致死基因MSLs(Male-specific lethals)在一些无脊椎动物如果蝇(Drosophila melanogaster)体内发挥着平衡性别差异的重要作用,但其在硬骨鱼类中的作用未见报道,通过对硬骨鱼类MSLs基因的结构和功能分析将有助于揭示MSLs基因在结构和功能上的进化历程。本实验通过对实验室构建的大黄鱼性腺EST数据库进行生物信息学分析,筛选获得msl1和msl3的部分基因片段,同时根据NCBI数据库中已有的其他物种msl2基因序列设计简并引物,利用RT-PCR的方法扩增获得msl2的基因片段。进而利用SMART-RACE技术克隆获得大黄鱼MSLs基因Lc-msl1、Lc-msl2和Lc-msl3的全长cDNA序列,对其在大黄鱼雌雄各组织器官及胚胎发育各时期的表达情况进行了实时荧光定量PCR分析。扩增获得大黄鱼Lc-msl1的基因组序列,并利用生物信息学软件对硬骨鱼类msl1基因进行基因组结构的比较,对硬骨鱼类的msl1、msl2和msl3进行基因同线性分析。根据NCBI数据库中斑马鱼Dr-msl1基因mRNA序列,分析其在斑马鱼胚胎发育过程中的表达、定位和功能。结果如下:(1)Lc-msl1的cDNA序列全长1768bp,包括140bp的5’非编码区域、251bp的3’非编码区(含19bp的polyA部分)和1377bp的开放阅读框,可编码458个氨基酸,预测其分子量为52.561kDa,等电点为7.57。实时荧光定量PCR结果显示, Lc-msl1基因在雌雄各组织和胚胎发育不同时期均有表达,其中在雄性脑中的表达量显著高于其他各组织(P<0.05),但在胚胎发育各时期较均衡表达。Lc-msl1基因组序列长2682bp(不包括非编码区),含有8个外显子和7个内含子,与其他硬骨鱼类msl1基因组的结构排布相似。msl1基因同线性分析结果显示,硬骨鱼类中普遍存在一个由msl1(1of2)、bc2、fbrs、srcap4个基因构成的保守同线群。(2)Lc-msl2的cDNA序列全长2187bp,包括498bp的5’非编码区域、141bp的3’非编码区(含17bp的polyA部分)和1548pb的开发阅读框,可编码515个氨基酸,预测分子量为55.772kDa,等电点为9.11。Lc-MSL2的锌指结构空间预测结果更近似果蝇Dm-MSL2。实时荧光定量PCR显示,Lc-msl2基因在雌雄大黄鱼各组织器官的表达情况类似Lc-msl1,各组织中均有表达,且同样在雄性脑中的表达量显著高于其他各组织(P<0.05),Lc-msl2mRNA的量在胚胎多细胞期较低,随后在囊胚期有显著升高(P<0.05),之后各时期Lc-msl2mRNA的量无显著变化(P>0.05)。msl2基因同线性分析结果显示,大多数真硬骨动物(Euteleostomi)(包括硬骨鱼类和哺乳动物等在内)中都存在一个由ENSDARG00000056262、stag1、pccb和msl2(2of2)4个基因构成的保守基因同线群。(3)Lc-msl3的cDNA序列全长3386bp,包括117bp的5’非编码区域、1631bp的3’非编码区(含18bp的polyA部分)和1638pb的开发阅读框,该开放阅读框可编码545个氨基酸,预测分子量为61.997kDa,等电点为9.14。实时荧光定量PCR显示,Lc-msl3在雌雄大黄鱼各组织器官中均有表达,其中在肌肉、肝脏和胃中的表达量较低,在性腺、眼、心脏中的表达量较高,但均无雌雄差异性(P>0.05)。Lc-msl3mRNA的量随着胚胎发育先上升后下降,在卵黄栓形成期表达量最高,与其他各时期具有显著性差异(P<0.05)。msl3基因同线性分析结果显示,msl3基因在斑马鱼中缺失,除斑马鱼外的其他大多数真硬骨动物中均存在一个由mid1(1of2)、arhgap6(1of2)、msl3及frmpd4(2of2)4个基因构成的保守同线群。(4)斑马鱼Dr-msl1基因在胚胎发育过程中大体呈现先上升后下降的表达趋势,在75%外包期表达量最高,其次是Bud期,两者相比其他各时期都有显著性升高(P<0.05)。同时在48hpf也有一个表达量上升的过程。Dr-msl1基因的整胚原位杂交信号强弱对应其实时定量结果,且24hpf成形初期,Dr-msl1基因在斑马鱼头部的杂交信号较强。siRNA敲降斑马鱼Dr-msl1基因后,随着Dr-msl1mRNA的量在多细胞期显著下降(P<0.05),Dr-msl2、周期蛋白依赖性激酶基因Dr-cdc2和细胞周期蛋白基因Dr-cycB的mRNA水平在多细胞期和Sphere期都显著降低(P<0.05),且Dr-cdc2的表达量在75%外包期也有显著下降(P<0.05)。综上所述,msl1、msl2和msl3基因在硬骨类的结构和功能研究结果表明,MSLs基因在基因进化上具有重要的地位,在硬骨鱼类的生长发育过程中特别是胚胎发育早期具有重要的功能。当然这些功能仅是基于基因序列及其表达水平的预测。进一步地,我们将继续在蛋白水平上对硬骨鱼类MSLs基因的功能,特别是这些基因在性别分化中的作用进行研究。
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