石林盲高原鳅与响水箐高原鳅脑组织转录组的比较研究

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高原鳅属(Triplophysa)隶属于鲤形目(Cypriniformes),鳅超科(Cobitoidea),条鳅科(Nemacheilidae)。高原鳅属鱼类广泛分布于亚洲青藏高原及周边的区域,具有种类多、物种分化强烈的特点,并且长期栖息于黑暗无光的洞穴环境,在漫长的演化过程中表现出一系列适应性特征,表现为眼睛的缺失或高度退化、体表色素高度退化,身体呈透明或半透明状,体表光滑无鳞,内脏器官和皮下血管清晰可见,感觉器官高度发达等特征。根据其对洞穴环境适应程度的表型差异,可划分为洞穴型的高原鳅和地表型的高原鳅。脑是脊椎动物中高度发达的器官,信号传递的中心,通过接收和处理各种内、外环境信号来调控维持生物自身的生长发育、新陈代谢、生物节律和生理生化等过程,作出有利于机体的反应。在高原鳅洞穴适应性演化过程中,脑产生了哪些适应性变化?相关研究,尤其是对洞穴型高原鳅和地表型高原鳅脑组织转录组的比较研究还很少。本研究选取同域分布但对洞穴适应程度不同而具有不同表型的两种高原鳅——洞穴型石林盲高原鳅(Triplophysa shilinensis)与地表型响水箐高原鳅(Triplophysa xiangshuingensis)为研究对象。每个物种各取5个生物学重复样本,进行脑组织的转录组比较研究,以期在转录组水平上探究同域分布不同表型的高原鳅属鱼类脑组织基因的表达是否存在差异以及它们的遗传学基础。探讨在演化过程中高原鳅属鱼类脑产生了哪些调控方式的适应性变化,这些调控方式对它们的生长发育及生存有什么影响?研究结果如下所示:1.洞穴型石林盲高原鳅和地表型响水箐高原鳅脑组织的基因表达存在显著差异,两者之间显著的差异表达基因共有27194个,其中上调的差异表达基因有12188个,下调的差异表达基因有15006个。2.洞穴型石林盲高原鳅与地表型响水箐高原鳅的脑对胰岛素分泌及能量代谢调控作用不同。与地表型响水箐高原鳅相比,在洞穴型石林盲高原鳅脑中与胰岛素分泌及能量相关的基因如GLUT1、IRS1、PRKCA/PKCα、ACSL都发生显著的下调。3.洞穴型石林盲高原鳅与地表型响水箐高原鳅的脑对昼夜节律及行为方式调控作用不同。与地表型响水箐高原鳅相比,在洞穴型石林盲高原鳅脑中与昼夜节律及行为方式调控相关的基因如CRY、FBXL3、CLOCK、NPY2R的表达量都呈现显著的下调表达。4.洞穴型石林盲高原鳅与地表型响水箐高原鳅的脑对体色调控作用不同。与地表型响水箐高原鳅相比,一些与体色形成相关的基因如ADCY9和GNQA,在洞穴型石林盲高原鳅脑中的表达量是显著下调的。5.洞穴型石林盲高原鳅与地表型响水箐高原鳅的脑对视网膜发育调控作用不同。与地表型响水箐高原鳅相比,一些与视觉发育相关的基因如RDH8、LRAT和CNGB1,在洞穴型石林盲高原鳅脑中发生了显著的下调表达。6.洞穴型石林盲高原鳅与地表型响水箐高原鳅的脑对嗅觉转导的调控作用不同。与地表型响水箐高原鳅相比,调控嗅觉相关的基因如OLFR、ADCY3、PKA、CAMK2在石林盲高原鳅中发生显著的上调表达。综上,本研究通过石林盲高原鳅与响水箐高原鳅脑组织比较转录组的研究,发现一些与胰岛素分泌、能量代谢、昼夜节律、体色形成、视觉发育及嗅觉转导等相关的基因在两种高原鳅物种脑中存在表达差异,这些差异与两种高原鳅不同的洞穴适应程度相关。本研究结果为深入研究高原鳅鱼类洞穴适应性提供了有价值的科学依据。
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