鱼类Sox30和Sox6的克隆、表达及其在性腺发育中作用的初步研究

来源 :西南大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:xingyunzhixingkirk
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Sox转录因子家族成员是一类与哺乳动物雄性性别决定基因Sry相关的高度保守的基因。该家族成员共有的特征是具有一个约79个氨基酸且可与DNA特异结合的高迁移率组盒区(HMG-box)。与哺乳动物Y染色体上Sry的HMG-box相比,Sox成员对应的氨基酸组成至少有50%的同源性。迄今,在大多数脊椎动物已确定了大约20个Sox成员,该基因家族在进化过程中相当保守,并且大部分Sox基因都广泛参与了脊椎动物的发育过程,包括性别决定与分化。   Sox30和Sox6被认为是参与脊椎动物性别分化的重要Sox成员。然而,到目前为止,Sox30仅在哺乳类和鸟类中克隆获得,没有关于在鱼类存在该基因的相关报道,且有学者甚至认为Sox30在低等脊椎动物可能是不存在的;Sox6已在人、小鼠和大鼠等少数物种中克隆,在硬骨鱼类,只在虹鳟、斑马鱼中克隆得到1个Sox6/lz(Soxlz就是Sox6)和在东方鲀的基因组中分离得到2种不同的Sox6(Sox6a和Sox6b)。而且,Sox30和Sox6在脊椎动物性别分化中的具体功能和作用机制现在尚不清楚。   为进一步确定Sox30在低等脊椎动物尼罗罗非鱼中是否存在,如果存在,该基因在其性别分化中具有怎样的功能。另外,为阐明Sox6在罗非鱼性别分化过程中的作用。本研究通过RT-PCR(reverse transcription polymerase chain reaction)和RACE(rapid amplification of cDNA ends)相结合的方法,从罗非鱼克隆获得了Sox30的4种cDNA、Sox30基因编码区以及Sox6a和Sox6b的cDNA序列。应用生物信息学方法对序列进行分析发现,Sox30编码区包含5个外显子和4个内含子,并且由于选择性剪切可能全少存在4种转录本,分别被命名为AS-Ⅰ到AS-Ⅳ;Sox6a和Sox6b编码区均包含14个外显子和13个内含子。通过对基因组序列分析发现,和哺乳类、鸟类一样,Sox30在两栖动物爪蟾、脊索动物海鞘(Sox30也称为SoxH)和文昌鱼中同样存在,而在无脊椎动物不存在,表明Sox30可能是伴随脊索动物的出现而出现的新基因;与东方鲀相同,在河鲀、青鳉中Sox6也存在2个平行同源基因(paralogous genes)。系统进化分析结果表明,罗非鱼Sox30与其它已经克隆或分离到的Sox30/H聚于同一进化枝;与东方鲀、河鲀相同,罗非鱼Sox6a和Sox6b聚于两个不同进化枝。这些结果表明Sox30/H普遍存在于整个脊索/脊椎动物;Sox6a和Sox6b广泛存在于硬骨鱼类,进一步支持硬骨鱼类经历了一次特有基因组复制的理论。将罗非鱼Sox30、Sox6a和Sox6b与所有已被克隆或分离的脊索或脊椎动物相应基因序列分别进行同源性比较,结果显示Sox30在除HMG-box外的区域保守性非常低,即便存HMG-box物种间的相似性也只有50%左右;Sox6a和Sox6b的保守性则非常高,分别达到88%和78%,在HMG-box区域更高,相似性都超过90%。同时序列对比还发现罗非鱼Sox30、Sox6a和Sox6b都比其它物种的相应基因编码的氨基酸序列短了一段。此外,为了弄清楚Sox基因的进化历史和各成员间的相互关系,本研究还对Sox基因家族进行了系统发生分析,分析结果支持Sox基因被划分为10个不同亚族即从A到J亚族和该基因家族成员的增加是通过单个祖先基因扩展成多个相关基因的论断。同时,本研究还根据Sox基因成员在系统发生分析中的确切位置对脊椎动物中某些命名不正确的成员进行了更正。   通过RT-PCR分析成体(8月龄)罗非鱼各组织的分布发现,Sox30的4种亚型只在性腺特异表达,在其他组织未检测到表达,而Sox6a和Sox6b则不仅在性腺表达,也在其它多种组织广泛表达,并且三者在性腺的表达都呈现明显的性别二态型:就Sox30而言,AS-Ⅰ在精巢中的表达量明显高于卵巢,与AS-Ⅰ相反,AS-Ⅳ在卵巢的表达水平却高于精巢,而AS-Ⅱ是精巢特异性表达的亚型;对Sox6来说,Sox6a在精巢中表达量较高,而Sox6b则在卵巢中表达水平较高。   个体发生结果表明,Sox30、Sox6a和Sox6b都在性腺发育的较早时期就开始表达:Sox30开始表达于孵化后10天(days after hatching,dah),早于罗非鱼性腺的组织学形态分化期(大约为25dah),其中AS-Ⅱ从90dah开始直到成体均出现雄性性腺特异性表达,验证了组织分布中该亚型仅在雄性性腺表达的结果;有意思的是AS-Ⅲ只在10dah的雄性性腺特异表达,在其他时期均未检测到表达;而AS-Ⅰ和AS-Ⅳ不仅表达于雄性性腺,也在雌性性腺中表达,而且AS-Ⅰ在10、15dah时表现为雌性性腺特异表达。Sox6a和Sox6b则在5dah时(此时为罗非鱼性别决定的关键期)的性腺就已开始表达,且在5dah时Sox6b只在雄性性腺表达。   在性逆转成体性腺中,Sox30的3种选择性剪切亚型都表现出明显的与表型性别相关的表达模式,AS-Ⅱ仅在正常XY(())和性逆转XX(())中表达,与组织分布、个体发生中该亚型为雄性特异表达的结果相一致;AS-Ⅰ在性逆转XY(♀)比较正常XY(())性腺表达下调,而在性逆转的XX(())相对正常XX(♀)性腺则表达上调,该结果与先前得到的AS-Ⅰ在精巢中的表达量较高一致;在性逆转XY(♀)AS-Ⅳ表达上调,也与先前得到的AS-Ⅳ在卵巢中的表达量较高结论一致,不过在性逆转的XX(())性腺AS-Ⅳ却没有出现明显的表达变化。   通过原位杂交进一步研究发现,Sox30(由于无法设计合成区别每种亚型的探针,因此本研究选用的是能够杂交4种Sox30亚型mRNAs的探针)在10dah时雄性性腺的生殖细胞和雌性性腺的体细胞表达,而先前的个体发生揭示,在10dah时雄性性腺只存在AS-Ⅲ的表达,而雌性性腺仅表达AS-Ⅰ,因此认为此时在雄性性腺生殖细胞表达的信号来自于AS-Ⅲ,在雌性性腺体细胞表达的信号则源自AS-Ⅰ;Sox30在4个月时精巢中精子和卵巢中间质细胞及7个月时精巢中精子和卵巢的鞘膜、颗粒细胞表达,而在相应时期的精巢同时存在AS-Ⅰ、AS-Ⅱ和AS-Ⅳ的表达,在卵巢也存在AS-Ⅰ和AS-Ⅳ的表达,由于目前没能合成出可以区分各个剪切亚型的探针,因此现在还无法将4和7个月精、卵巢的原位杂交信号具体到相应的剪切亚型;Sox6b也在10dah时的雄性性腺的生殖细胞及雌性性腺的体细胞和7个月时精巢中精子及卵巢的鞘膜、颗粒细胞表达。这些结果说明,Sox30的不同选择性剪切亚型、Sox6a和Sox6b可能在性腺的不同性别、性腺发育的不同阶段以及不同的细胞类型上对罗非鱼的性别决定、分化和配子发生过程起着重要的调控作用。
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