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草鱼是我国重要的淡水养殖鱼类,作为我国水产养殖的主打品种已有近60年的历史,但品种培育发展滞后。良种匮乏导致草鱼病害频发,造成巨大的经济损失,严重制约着草鱼养殖业的发展。本研究结合生物信息学、分子生物学和遗传学分析方法,筛选草鱼出血病相关基因,并进行功能研究,以期为草鱼的抗病分子育种奠定基础。本论文进行了以下几方面的研究:
1.草鱼出血病进程中的基因表达谱分析
运用新一代测序技术对草鱼出血病进程中的28个样品进行表达谱测序。平均每个样品测到7247820个reads,测序总长度355M,能够与草鱼基因组匹配的reads占78.62%,唯一匹配的reads占72.10%。脾脏、肝脏、鳃、肠的差异表达基因分别5268、3684、3368、2741个。G(O)注释和分类结果,结合哺乳动物和人类已有研究,我们推测JAMA是草鱼呼肠孤病毒(GCRV)的受体基因。
2.草鱼和稀有鮈鲫JAMA基因的克隆
同源克隆法克隆了草鱼和稀有鮈鲫JAMA基因的cDNA序列和基因组序列.草鱼JAMA基因的cDNA全长1784bp,3’-UTR798bp,开放阅读框区888bp,预测编码295个氨基酸。稀有鮈鲫JAMA的cDNA的全长1773bp,3’-UTR882bp,开放阅读框区891bp,预测编码296个氨基酸。经结构预测,JAMA是包含信号肽、胞外区、跨膜区和胞内区的膜蛋白。比较草鱼、稀有鮈鲫、斑马鱼的cDNA序列,相似性高达80%。斑马鱼和草鱼JAMA基因组包含10个外显子,9个内含子,而稀有鮈鲫没有内含子。分析草鱼JAMA序列,发现7号内含子中存在(GA)n重复序列,3UTR区含有一个(GT)n重复序列。
3.JAMA的转录表达分析
荧光定量PCR分析JAMA的转录表达情况:JAMA在草鱼、稀有鮈鲫、斑马鱼胚胎时期的表达具有很强的母源性,未受精卵的表达量最高,出膜时几乎不表达;JAMA在草鱼的鳃、肝脏、肠、中肾高表达,血液、脑、脾脏、头肾表达量相对要低,且二龄草鱼的鳃、脑、肝脏、脾脏、肠、中肾的表达量显著低于一龄个体,与草鱼二龄个体GCRV不易感,一龄易感的现象一致;攻毒后,中肾JAMA的表达先上升、后降低,总体上讲,二龄个体的JAMA在GCRV感染后一直维持在较一龄个体低的表达水平。
4.JAMA在CIK细胞攻毒过程中的功能研究
RNAi技术敲低JAMA在CIK细胞中的表达,并建立了稳定细胞系。GCRV攻毒后72小时,JAMA敲低组的存活率显著高于对照组,敲低JAMA的表达可以显著抑制GCRV引起的细胞凋亡。荧光定量PCR检测干扰素系统基因和Apoptosis通路相关基因的表达,发现敲低JAMA的表达显著地抑制了干扰素系统效应分子Mxa和IFNY的转录表达,Apoptosis通路的凋亡因子Caspase8的也受到显著抑制。说明JAMA是干扰素系统和Apoptosis通路的上游基因。
5.JAMA微卫星标记与草鱼出血病抗性的关联分析
分析草鱼JAMA7号内含子的(GA)n和3UTR的(GT)n的不同基因型和等位基因在GCRV易感组和抗性组中的频率,发现(GA)n的A等位基因表现出强易感性,C等位基因表现出了显著地抗性。(GT)n的β和ε等位基因表现出较明显的易感性,而α/δ基因型个体表现出较显著的抗性。
本研究首次克隆了草鱼和稀有鮈鲫JAMA基因,转录表达分析和细胞学实验的证据表明草鱼JAMA可能是GCRV的受体基因。首次发现JAMA的不同基因型与草鱼出血病的抗性和易感性相关,是潜在的抗病育种靶标基因。