黄河鲤SoxF亚族基因的结构、表达模式及功能分析

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SoxF(Sry-related high-mobility group box)基因亚族包括 Soc7、Sox17 和Sox18 三个成员。在脊椎动物和非脊椎动物中都广泛存在,参与调控血管和淋巴管的发育和分化,以及在神经发生过程中起到至关重要的作用。在本研究中,根据我们实验室黄河鲤卵巢转录物组测序结果,以及DNAMAN序列比对,得到Sox7、Sox17和Sox18的基因全长。基因结构分析结果显示,Sox7全长2339 bp,5’非翻译区(5’-UTR)265bp,3’非翻译区(3’-UTR)880bp,开放阅读框(ORF)1194 bp,编码 397个氨基酸。Sox17 全长 1653 bp,5’-UTR134bp,3’-UTR520bp,ORF 999bp,编码332个氨基酸。Sox18全长 2458 bp,5’-UTR 243bp,3’-UTR 895 bp,ORF 1320 bp,编码439个氨基酸。在开放阅读框内有一个由72个氨基酸组成的高度保守的(HMG)DNA结合域,其中DNA结合位点包括RMNFMAKRANKGWR14个氨基酸。采用CLUSTALW软件来进行氨基酸序列的比较,结果显示,黄河鲤Sox7、Sox17以及Sox18的氨基酸序列分别与斑马鱼的Sox7、Sox17和Sox18氨基酸序列高度相似,相似性分别达到96.4%、95.8%和71.5%,但与哺乳类和鸟类相似性比较低。利用MEGA6软件构建的系统进化树显示,Sox7、Sox17和Sox18分属三个不同的分支,黄河鲤Sox7、Sox17和,Sox18分别和斑马鱼的Sox7、Sox17和Sox18归于一支,推测黄河鲤Sox7、Sox18和斑马鱼Soox7、Sox18进化关系比较近,黄河鲤Sox17与犀角金线魮Sox17a进化关系比较近,与斑马鱼Sox17亲缘关系也较近。通过NCBI下的GENE模块进行染色体同线性分析,发现Sox7在黄河鲤基因组中有两个位点,一个位于1136号染色体骨架上,其周围基因比较保守,另一个位于77号染色体骨架,其周围基因发生了变化。在Sox17周围的基因中,只有lypla1比较保守。黄河鲤Sox18的两个位点是相邻的,其周围基因在鱼类中非常保守,但其基因排列和方向有所不同。推测在鱼类基因组复制过程中,频繁发生染色体重排或基因插入,但保守基因的排列仍非常一致。利用在线软件Matlnspector对黄河鲤Sox7、Sox17和Sox185’上游2000 bp进行转录因子结合位点分析,发现其与斑马鱼、罗非鱼Sox7、Sox17、Sox185’上游2000 bp转录因子结合位点有很高的相似性,并且发现了很多与神经发生,血管发生相关以及肌肉和肝脏特异的转录因子结合位点,推测Sox7、Sox17、Sox18与黄河鲤神经发生,血管发生密切相关。为进一步研究Sox7、Sox17、Sox18在黄河鲤中的功能,本篇文章用实时荧光定量(qRT-PCR)的方法对Sox7、Sox17和Sox18在黄河鲤胚胎和性成熟个体不同组织的表达情况做了分析,发现Sox7在神经胚期表达水平最高,Sox17在原肠胚期表达水平最高,但是Sox18在胚胎各个时期的表达水平都比较低,几乎不表达。Sox7、Sox17和Sox18在性成熟黄河鲤的脑中表达丰富,Sox7和Sox18在中脑中表达最高,,Sox17在小脑中表达最高。这一结果与转录因子结合位点的分析是相互照应的。通过组织原位杂交和胚胎整体原位杂交的方法对Sox7、Sox17和Sox18在黄河鲤性成熟个体的性腺、脑以及六个时期的胚胎进行表达定位分析,发现这三个基因在卵巢中均不表达,在精巢中有极其微弱的表达。Sox7在脑中的表达要强于Sox17和Sox18。而在胚胎中,,Sox7在囊胚期、神经胚期、尾牙期中有强烈的阳性信号,Sox17在囊胚期和原肠胚期有较强的表达信号,两者在出膜三天后小鱼的鳃和内脏中均强烈表达。Sox18则在胚胎时期几乎不表达,在出膜三天后小鱼的鳃和内脏中的表达也弱于Sox7和Sox17。为更深一步探究黄河鲤SoxF(CcSoxF)亚族基因与神经发生和血管发生之间的关系,设计毒性处理实验,用不同浓度的银离子(AgNO3)和纳米银(AgNP)处理黄河鲤胚胎和幼鱼,发现经过处理之后,刚孵化小鱼出现了脊柱弯曲,尾部弯曲,心包水肿以及以上畸形的重叠的情况。Sox7、Sox17和Sox18的表达也发生了明显的变化。主要是在胚胎的囊胚期、原肠胚期、神经胚期以及幼鱼的心、眼、脑、脾脏的表达发生了变化。这些结果与SoxF亚族基因的功能部位相一致。根据以上的研究结果,Sox7、Sox17和Sox18的发现及验证,简单的生物信息学分析,表达模式分析以及药物处理后基因的表达变化情况,将为揭示CcSoxF亚族基因在黄河鲤中与神经发生和血管分化的潜在的功能研究提供了理论基础,详细的调控机制还不是很清楚,需要进一步的深入研究。
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