中华鲟几个生殖细胞相关基因的克隆和表达特征研究

来源 :上海海洋大学 | 被引量 : 8次 | 上传用户:ridou
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中华鲟(Acipense sinensis)为濒危物种,国家一级保护动物;其性成熟期长达10年以上,且发育不同步。虽然其全人工繁殖于2009年已实现,但此种方法需要对其亲本长期养殖,需要投入大量的人力、物力和财力,而且还存在亲鱼死亡等多种风险,因此,有必要寻求其他办法对该物种进行多途径的保护。近年来随着生物技术的快速发展,生殖细胞移植被认为是一种周期短而且有效的方法,在鱼类中有成功应用的报道。该种方法的实施需要首先找到生殖细胞的标记基因。另外,到目前为止,关于中华鲟性别分化、生殖调控的分子机制的相关信息,依然十分有限。鉴于此,本研究通过同源克隆的方法,在中华鲟中得到4个已知在生殖细胞或/和生殖干细胞中起重要作用的基因(pou2、nanos1、dazl和boule)的全长cDNA序列;运用RT-PCR技术,研究它们在中华鲟不同组织和/或不同胚胎发育时期和/或不同年龄性腺中的表达特征。另外,将中华鲟nanos1基因进行原核表达,制备多克隆抗体,运用Western Blot研究中华鲟Nanos1蛋白在不同组织中的表达;通过免疫荧光定位,研究中华鲟Nanos1蛋白在性腺中细胞的表达部位。主要研究结果如下:1.脊椎动物中,第Ⅴ类POU基因家族成员包括:pou5f1和pou2,其编码的产物为转录因子。该转录因子起着维持胚胎干细胞和生殖干细胞多能性的作用。中华鲟pou2基因(Aspou2)的全长cDNA序列为2853bp,其中开放阅读框为1296bp,编码431个氨基酸,5非编码区为489bp,3非编码区为1068bp。通过将AsPou2与其他物种第Ⅴ类POU家族基因氨基酸序列的多重比对,发现第Ⅴ类POU家族成员均含有一个非常保守的POU结构域。AsPou2POU结构域与青鳉的氨基酸序列一致性最高,达到了90%,其次为斑马鱼(88%),爪蟾(69%),小鼠(67%)和人类(67%)。RT-PCR分析发现,除肝脏外,Aspou2mRNA在脾脏、心脏、卵巢、脂肪、肾脏、肌肉、肠、垂体、下丘脑、端脑、中脑、小脑和延脑都表达,而在肌肉、垂体和脑中的表达量较高。Aspou2为母源表达,且在胚胎发育过程中,其表达量逐渐降低,出膜后一天不表达。另外,还发现随着性腺的发育,Aspou2的表达量增加。这些结果表明Aspou2可能在体细胞、多能干细胞、胚胎和性腺发育的过程中扮演着重要的角色。2. nanos基因家族成员在种系细胞发育过程中起着重要的作用。本研究通过同源克隆的方法,得到了中华鲟nanos1基因(Asnanos1)的全长cDNA序列。该序列为775bp,开放阅读框为为687bp,编码228个氨基酸,5非编码区长88bp,没有发现3非编码区。通过同源比对发现,AsNanos1有一个非常保守的锌指结构域。RT-PCR分析发现,除脂肪外,Asnanos1mRNA在脾、心、卵巢、肝、肾、肌肉、肠、垂体、下丘脑、端脑、中脑、小脑和延脑中有表达。另外,将AsNanos1原核表达,获得纯化的重组蛋白,免疫家兔,成功制备有效的多克隆抗体。Western Blot分析发现,除脂肪、肌肉和肠外,AsNanos1蛋白在脾、心、卵巢、肝、肾、垂体、下丘脑、端脑、中脑、小脑和延脑都表达。这与其mRNA在组织中的表达模式不一致。随后,通过免疫荧光定位,发现AsNanos1在初级卵母细胞和精母细胞的细胞质中表达,并且随着卵巢的发育,其分布在整个初级卵母细胞的细胞质中。这些结果表明,对于Asnanos1的定位以及与其他因子的相互作用,可能存在着另外的一种机制。同时,不同物种之间nanos1mRNA表达特征具有保守性和差异性。另外,AsNanos1可能在生殖细胞的发育过程中起作用,同时也可以作为中华鲟初级卵母细胞和精母细胞的标记基因。3. DAZ家族基因为在性腺特异表达,作为多种生物的生殖细胞标记基因。在中华鲟中,克隆得到了dazl和boule的同源基因,即Asdazl和Asboule,并且发现Asboule至少存在10个亚型。Asdazl全长cDNA序列为2337bp,开放阅读框为为675bp,编码224个氨基酸,5非编码区为126bp,3非编码区为1536bp;Asboule1全长cDNA序列为2572bp,开放阅读框为为1062bp,编码353个氨基酸,5非编码区为157bp,3非编码区为1353bp。结构域分析表明,AsDazl和AsBoule1都含有两个保守的结构域,即RNARecognition Motif和DAZ-repeat。同源性分析发现,AsDazl与其他鱼类的氨基酸序列的一致性为60%左右,而与其他脊椎动物Dazl氨基酸的相似性较低,只有40%左右;但是,AsBoule1与哺乳类氨基酸序列的一致性为60%左右,而与其他脊椎动物和无脊椎动物的相似性很低,只有20%~30%左右,如青鳉(31%);另外,中华鲟AsDazl和AsBoule1的氨基酸序列一致性只有25%。不同亚型Asboule的分析和基因组扩增结果表明,其在转录过程中存在选择性剪切,而且至少存在着两个基因拷贝。RT-PCR分析发现,Asdazl和Asboule1都只在性腺中表达,而且Asdazl mRNA在雌性中的表达量高于雄性,而Asboule1mRNA在雄性中的表达量高于雌性。
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