基于miRNAome和transcriptome测序分析溶藻弧菌胁迫下厚壳贻贝的miRNA-mRNA调控网络及Toll样受体(McTLR13)的功能初探

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厚壳贻贝(Mytilus coruscus)营养丰富、富含各种微量元素,经济价值较高,是浙江舟山海域最主要的海水养殖品种之一。近年来,厚壳贻贝细菌病害有爆发趋势,由此带来严重的经济损失。遗憾的是,厚壳贻贝免疫调控机制研究的匮乏严重阻碍了这一具有重要经济价值的贝类的疾病防控工作的开展。miRNAs是一类具有多重调控功能的未编码的小分子RNA,通过与自身靶受体基因的3′非编码翻译区域进行互补配对,从而在转录后水平调控靶受体基因的转录、翻译达到抑制或直接诱导其降解。目前尚没有关于厚壳贻贝miRNAs的报道。本学位论文以厚壳贻贝为研究对象,构建了溶藻弧菌胁迫前后厚壳贻贝的smallRNA和mRNA文库,并进行了深度测序。一方面,采用组学信息与实验学技术相结合的方法,基于小RNA转录组、二代转录组测序和生物信息学分析,揭示溶藻弧菌(Vibrio alginolyticus)胁迫下厚壳贻贝miRNAs介导免疫信号转导通路参与抗菌作用的miRNA-mRNA调控网络。另一方面,基于测序数据分析,综合运用实时荧光定量PCR、原核表达与纯化和酶联免疫吸附试验(ELISA)等技术手段,对在厚壳贻贝中鉴定的一个新的TLR同源基因(McTLR13)的可能的免疫功能进行了初步探讨。主要研究结论如下:1.溶藻弧菌诱发消化腺和鳃组织结构损伤通过对溶藻弧菌感染前后的厚壳贻贝的鳃和消化腺进行了组织病理学分析,经苏木精-伊红(Hematoxylin and Eosin,H&E)染色后显示,贻贝消化腺和鳃中发现了一些明显的组织学异常。正常消化腺组织消化小管结构完整,消化细胞和嗜碱性细胞充满消化小管。溶藻弧菌感染后,复合管状腺体结构疏松、模糊、发生坏死,细胞数量显著减少。此外,与未感染组相比较,注射感染后病理切片观察结果显示大量维持鳃丝基本结构的细胞被溶解、丝间连接和结缔组织等均受到破坏,导致鳃结构严重受损。2.miRNA-mRNA交互作用参与溶藻弧菌免疫应答基于信息学手段分析了与溶藻弧菌胁迫相联系的差异表达的miRNAs(DEMs)和基因(DEGs)。最终预测到了265个新的miRNAs,其中发现有26个miRNAs在细菌感染前后差异表达。此外,检测到667个潜在的DEGs可能与溶藻弧菌胁迫诱发的先天免疫应答有关。基于此,构建了一个包含16 DEMs,34 DEGs和22条重要信号通路的miRNA-mRNA调控网络,其中涉及一些典型的免疫相关信号通路如toll样受体信号通路(TLR)、转化生长因子-信号通路(TGF-beta)、哺乳动物雷帕霉素靶标(m TOR)、吞噬体、溶酶体、过氧化物酶体等。一些Toll样受体基因包括TLR1、TLR2、TLR4和TLR6,及其下游的信号蛋白基因IRAK1、TRAF6、MAPKs和IL-17可能是由novel_mi R_11,novel_mi R_145、novel_mi R_196、novel_mi R_5、novel_mi R_163和novel_mi R_217等DEMs进行负调控。采用q-PCR技术分别对10个典型的DEMs和10个DEGs进行验证。结果显示大多数DEMs和DEGs的表达变化与RNA-seq获得的结果相一致,证实测序数据的可靠性。此外,通过体外实验进一步验证了novel_mi R_145与其靶基因TLR2之间的相互作用关系。结果显示novel_mi R_145对TLR2呈负控调节,这与转录组数据得到的结果一致。3.McTLR13在溶藻弧菌的先天免疫中发挥作用McTLR13在溶藻弧菌感染前后差异表达显著。原核表达获得重组McTLR13-LRR蛋白,ELISA实验发现r McTLR13对LPS、PGN、Man和D-半乳糖均具有较强的结合活性,且呈现浓度依赖性增强,提示McTLR13是一个广谱模式识别受体(PRR),可能在厚壳贻贝先天免疫调控中发挥重要作用。综上,本研究对溶藻弧菌胁迫前后厚壳贻贝的小RNA转录组和二代转录组进行了系统分析和初步验证,这些结果揭示了贻贝响应细菌胁迫的复杂的miRNA-mRNA调控网络。同时,采用实验生物学手段对典型miRNAs介导TLR通路参与溶藻弧菌免疫调控进行了初步验证。该文为贝类miRNAs参与先天免疫应答调控机制研究提供了一个新方向,为厚壳贻贝抗病育种提供了一个新思路。
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