日本七鳃鳗分别感染灿烂弧菌和副溶血弧菌后的比较转录组学研究

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七鳃鳗作为最古老的无颌类脊椎动物,是研究脊椎动物起源进化的模式动物。近些年有关七鳃鳗免疫系统、进化发育学等领域越来越引起研究者的关注。本研究以日本七鳃鳗作为研究对象,利用高通量测序技术,对灿烂弧菌和副溶血弧菌感染后的日本七鳃鳗白细胞进行转录组测序,挖掘其抗菌免疫应答过程中的重要基因和相关通路,为揭示日本七鳃鳗在弧菌胁迫下的免疫应答过程和抗菌机制提供理论基础。本研究主要结果如下:
  1.利用高通量测序技术获得了日本七鳃鳗分别经副溶血弧菌和灿烂弧菌感染8小时后白细胞转录组数据。经转录本拼接、功能注释和富集分析,最终获得121402个unigene,N50为1229bp,55.44%的unigene能够获得功能注释;并且富集结果显示,经两种弧菌刺激后,日本七鳃鳗参与信号转导和蛋白质合成的等途径的基因大量表达,为后续挖掘关键的差异表达基因和免疫信号通路提供了数据支持。
  2.通过比较转录组学分析发现,与非刺激组相比,副溶血弧菌感染引起了6705个基因差异表达,在灿烂弧菌感染后存在9054个表达差异基因。基于差异基因GO富集结果显示,日本七鳃鳗在应对两种弧菌刺激后具有高度的功能相似性,表现为与离子稳态相关基因显著富集,但二者又存在一定差异,在副溶血弧菌刺激组与信号转导、受体结合等分子功能的基因显著富集;灿烂弧菌刺激组则表现为与ATP合成显著相关;KEGG富集结果分析发现弧菌感染后激活了日本七鳃鳗相关免疫信号通路,如NOD样受体信号通路、PI3K-AKT信号通路、趋化因子信号通路等。
  为深入探究两种弧菌感染后所引发的日本七鳃鳗抗菌反应过程,我们对免疫相关表达差异基因(Immune related differential genes,IRD)进行了进一步的筛选和表达谱分析,并随机筛选14个基因进行qRT-PCR验证。结果显示副溶血弧菌所引发的免疫反应强度高于灿烂弧菌,并且两种弧菌感染后所引发的细胞凋亡机制可能存在差异;另一方面两种弧菌均能激活日本七鳃鳗TLR信号通路的免疫应答,发挥重要的抗菌免疫作用。
  3.基于两种弧菌感染后白细胞转录组数据,筛选出一个类似TLR2的基因,经过序列分析等发现其不同于已知脊椎动物TLR类型,其属于TLR原始类型TLR-like。我们通过分子克隆实验方法获得全长ORF区,其长度为1362bp(453aa)。对TLR-like进行包括系统发育、结构域组成、序列比对分析,发现其只含有TIR结构域和跨膜结构域,在保守TIR结构域中含有两个保守BOX区域,并发现了BB-loop结构,说明在原始类型TLR中就已经存在介导信号传导的关键功能区域,并随着物种进化功能区逐渐完善;系统发育分析表明,TLR-like基因处于一个较为低等的位置,指示其为TLR的原始祖先基因。
  利用qRT-PCR分析发现TLR-like基因在日本七鳃鳗各组织中均有表达,其中在白细胞表达量最高;检测其对两种弧菌的免疫应答情况,发现TLR-like随着刺激时间的增加表达水平显著提高,在8h到达峰值,随后降低,表明其在日本七鳃鳗早期的抗菌免疫应答中的发挥了重要作用。以上结果为今后探索日本七鳃鳗抗菌免疫机制提供基础,并深入认识日本七鳃鳗免疫防御系统研究提供借鉴。
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