黄河鲤TLR家族成员对LPS的响应模式和TLR4a/TLR4b基因克隆及表达分析

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黄河鲤(Cyprinus carpio haematopterus)是河南重要的经济鱼类之一。近年来,随着黄河鲤高密度集约化养殖模式的不断发展,其病害问题日益严重,给渔业生产带来重大损失。因此,黄河鲤免疫和疾病防控对于黄河鲤养殖具有重要意义。弄清黄河鲤对病原的识别和响应是有效防控疾病的重要内容之一。Toll样受体(Toll-like receptors,TLRs)作为一种重要的模式识别受体,可以特异性识别保守型的病原体相关分子模式,在鱼类的病原识别和启动机体的免疫应答中发挥着及其重要的作用。脂多糖(lipopolysaccharides,LPS)是革兰氏阴性菌的细胞壁成分,也称为内毒素,是养殖鱼类爆发细菌性疾病的主要毒力因子之一。但在黄河鲤中,模式识别受体对LPS的免疫应答缺乏系统研究。因此,弄清黄河鲤TLRs对LPS的免疫响应模式及关键基因TLR4a/TLR4b的分子特征及表达变化,对黄河鲤的疾病防控具有重要的理论意义和应用价值。本文根据Gen Bank数据库中鲤TLRs部分序列设计引物,采用RT-q PCR技术检测鲤18种TLRs表达量,注射不同浓度(2 mg/m L、4 mg/m L和8 mg/m L)LPS后,检测黄河鲤肝中18种TLRs在不同时间(3 h、6 h、12 h、1 d、2 d和3 d)的表达变化。结果显示,TLR1、TLR4a、TLR4b、TLR5M、TLR20和TLR22的表达量明显上调;TLR3、TLR18、TLR19和TLR25表达量下调;TLR7家族成员(TLR7、TLR8和TLR9)、TLR2和TLR21表达量在大多数时间点无明显变化。本研究是对黄河鲤LPS刺激后所有己知TLRs家族成员表达模式的系统研究,发现TLRs家族不同成员对LPS刺激表现出不同的响应模式。本研究发现TLR4a和TLR4b对LPS应激显示明显响应,为此,对TLR4a和TLR4b的分子结构特征和对LPS响应的表达变化进行研究。采用RT-PCR和RACE方法,获得黄河鲤TLR4a和TLR4b基因全长cDNA序列,并对其进行结构预测及同源性分析,结果显示:(1)黄河鲤TLR4a cDNA全长2836 bp,包含开放阅读框(ORF)2325 bp,编码794个氨基酸,5’非编码区123 bp和3’非编码区388 bp。在线预测TLR4a蛋白相对分子量为121.5 k D,理论等电点为5.73;包含6个LRR结构域,1个LRR-CT基序,1个跨膜区和1个TIR胞内结构域。(2)TLR4b cDNA全长序列为2897 bp,包含2466 bp的开放阅读框,编码821个氨基酸,198 bp的5’非翻译区和233 bp的3’非翻译区。在线预测TLR4b蛋白相对分子量为123.1 k D,理论等电点为5.81;包含8个LRR结构域,1个LRR-CT基序,1个跨膜区和1个TIR胞内结构域。(3)对不同鱼类中氨基酸全长序列进行同源性分析,结果表明TLR4a和TLR4b在鱼类中高度保守,推测其在鱼类中扮演重要的生物学功能。系统进化分析表明,黄河鲤TLR4a和TLR4b与斑马鱼(Danio rerio)TLR4a和TLR4b亲缘关系最近。采用半定量PCR方法检测黄河鲤不同组织器官中TLR4a和TLR4b表达量。黄河鲤TLR4a和TLR4b在12种组织器官(肝、脾、肾、头肾、脑、鳃、鳍、肌肉、肠道、心脏、血液和皮肤)中均可检测到表达。TLR4a和TLR4b均是在脾和头肾中表达量最高,血液和肌肉中表达量最低。RT-q PCR检测3种浓度(2 mg/m L、4 mg/m L和8 mg/m Ll)LPS注射后不同时间点(3 h、6 h、12 h、1 d、2 d和3 d)黄河鲤TLR4a和TLR4b在鳃、肝、脾和头肾中的表达量。结果发现,LPS注射后,肝、脾和头肾中TLR4a和TLR4b表达量明显上调,但是,在鳃中TLR4a和TLR4b表达量无明显变化。在脾和头肾中,TLR4a和TLR4b均在高浓度组(8 mg/m L)注射6 h后达到了最高值。然而,在肝中,TLR4a和TLR4b在低浓度组(2 mg/m L)上调最显著,在6 h分别达到了对照组的28.64倍和25.39倍。这些结果表明TLR4a和TLR4b在黄河鲤对LPS的免疫应答中发挥重要作用,其m RNA表达水平存在明显的组织特异性,且与LPS之间存在明显的剂量效应关系。
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