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三疣梭子蟹(Portunus trituberculatus)是沿海常见的海水养殖的主导经济种类之一,可以带来的经济效益随着养殖产业的迅速发展也不断增加。然而,三疣梭子蟹本性好斗,占领性强,相同物种相残现象严重,在育苗和养殖过程中的攻击和相残易造成蟹大量损伤和死亡,以致池塘人工蟹类养殖成活率低,单位亩产量也只有30—60kg左右,这些问题都严重阻碍着三疣梭子蟹养殖产业的健康可持续发展。因此,通过研究COMT基因对多巴胺(DA)的调控作用及COMT基因在三疣梭子蟹攻击行为中的表达特征,对理解攻击行为的发生的分子调控机制,丰富甲壳类行为学研究进展,减少苗种培育和养殖过程中蟹类相互攻击造成的损失具有重要理论意义和实际应用价值。
儿茶酚胺氧位甲基转移酶COMT是许多动物、植物、真菌中非常关键的酶,与其生长、发育、信号转导和抗病性等密切相关。本研究中根据EST测序所得的部分序列,结合RACE末端快速扩增技术从三疣梭子蟹肌肉组织中克隆得到了三疣梭子蟹COMT基因的cDNA序列全长,再根据原核表达系统将PtCOMT基因的ORF编码区连接到表达载体上,并在大肠杆菌DE3中实现了重组表达,获得了重组蛋白rPtCOMT,同时制备了多克隆抗体。利用RT-qPCR技术检测了该基因在幼体发育不同时期和成蟹不同组织中的相对表达分布情况;同时,采用RT-qPCR和Western blotting技术,探究了多巴胺刺激和RNA干扰后三疣梭子蟹肌肉和神经节组织中PtCOMT在转录和蛋白水平上的时序表达规律,并初步观察了三疣梭子蟹的攻击行为变化。
首先,克隆得到三疣梭子蟹PtCOMT基因的cDNA全长为1072bp,5’非编码区(5’UTR)为110bp,3’非编码区(3’UTR)为293bp,开放阅读框(ORF)长为669bp,能编码222个氨基酸组成的多肽,具有3`-端多聚腺苷酸加尾信号AATAAA和polyA尾巴。据推测序列编码的蛋白质分子量为24.4kDa,理论的等电点为5.67,没有二硫键和信号肽序列,仅具有一个保守的SAM_OMT_I结构域。经氨基酸多重序列比对及系统进化树分析表明PtCOMT氨基酸序列与其他甲壳类动物如南美白对虾、斑节对虾和中华鳖都具有高度相似性。然后,实时定量PCR结果表明在三疣梭子蟹幼体发育各时期(Z1、Z2、Z3、Z4和M期)都有PtCOMT基因的表达,在幼体Z4和M时期PtCOMT的表达水平高于在Z1,Z2和Z3时期;利用实时定量PCR和免疫组化(IHC)技术在健康三疣梭子蟹肝胰腺、肌肉、神经节组织中也检测到PtCOMT的表达,神经节和肌肉组织中的表达量明显高于肝胰腺组织。COMT是DA的主要代谢酶,控制突触中DA的代谢能有效影响机体的运动,情感和认知行为。最后,本研究用多巴胺刺激三疣梭子蟹,通过行为观察蟹穿过池中间点的频数来间接评判三疣梭子蟹的运动行为强弱;用实时定量PCR和免疫印迹(Western blotting)技术检测其肌肉和神经节中PtCOMT的表达变化,结果显示PtCOMT在mRNA和蛋白表达水平都发生改变。与对照组相比,肌肉组织中PtCOMT表达水平在2h时显著上调(P<0.05),随后在4h显著下调(P<0.05);在神经节中,注射2h时,PtCOMT的表达水平显著下调(P<0.05),随后在4h时显著上调(P<0.05),之后慢慢恢复到正常表达水平,结果表明多巴胺能促进PtCOMT的表达和释放,从而作用于三疣梭子蟹的攻击性行为。同时,我们采用了dsRNA干扰技术进一步验证其攻击性作用,用两种不同方法注射dsRNA以干扰PtCOMT基因的表达并检测了其干扰效率,初步研究结果表明不同时间点间断注射dsRNA比一次性注射有更好的干扰效果,为进一步研究PtCOMT在甲壳动物攻击性行为中的分子机制作铺垫。
儿茶酚胺氧位甲基转移酶COMT是许多动物、植物、真菌中非常关键的酶,与其生长、发育、信号转导和抗病性等密切相关。本研究中根据EST测序所得的部分序列,结合RACE末端快速扩增技术从三疣梭子蟹肌肉组织中克隆得到了三疣梭子蟹COMT基因的cDNA序列全长,再根据原核表达系统将PtCOMT基因的ORF编码区连接到表达载体上,并在大肠杆菌DE3中实现了重组表达,获得了重组蛋白rPtCOMT,同时制备了多克隆抗体。利用RT-qPCR技术检测了该基因在幼体发育不同时期和成蟹不同组织中的相对表达分布情况;同时,采用RT-qPCR和Western blotting技术,探究了多巴胺刺激和RNA干扰后三疣梭子蟹肌肉和神经节组织中PtCOMT在转录和蛋白水平上的时序表达规律,并初步观察了三疣梭子蟹的攻击行为变化。
首先,克隆得到三疣梭子蟹PtCOMT基因的cDNA全长为1072bp,5’非编码区(5’UTR)为110bp,3’非编码区(3’UTR)为293bp,开放阅读框(ORF)长为669bp,能编码222个氨基酸组成的多肽,具有3`-端多聚腺苷酸加尾信号AATAAA和polyA尾巴。据推测序列编码的蛋白质分子量为24.4kDa,理论的等电点为5.67,没有二硫键和信号肽序列,仅具有一个保守的SAM_OMT_I结构域。经氨基酸多重序列比对及系统进化树分析表明PtCOMT氨基酸序列与其他甲壳类动物如南美白对虾、斑节对虾和中华鳖都具有高度相似性。然后,实时定量PCR结果表明在三疣梭子蟹幼体发育各时期(Z1、Z2、Z3、Z4和M期)都有PtCOMT基因的表达,在幼体Z4和M时期PtCOMT的表达水平高于在Z1,Z2和Z3时期;利用实时定量PCR和免疫组化(IHC)技术在健康三疣梭子蟹肝胰腺、肌肉、神经节组织中也检测到PtCOMT的表达,神经节和肌肉组织中的表达量明显高于肝胰腺组织。COMT是DA的主要代谢酶,控制突触中DA的代谢能有效影响机体的运动,情感和认知行为。最后,本研究用多巴胺刺激三疣梭子蟹,通过行为观察蟹穿过池中间点的频数来间接评判三疣梭子蟹的运动行为强弱;用实时定量PCR和免疫印迹(Western blotting)技术检测其肌肉和神经节中PtCOMT的表达变化,结果显示PtCOMT在mRNA和蛋白表达水平都发生改变。与对照组相比,肌肉组织中PtCOMT表达水平在2h时显著上调(P<0.05),随后在4h显著下调(P<0.05);在神经节中,注射2h时,PtCOMT的表达水平显著下调(P<0.05),随后在4h时显著上调(P<0.05),之后慢慢恢复到正常表达水平,结果表明多巴胺能促进PtCOMT的表达和释放,从而作用于三疣梭子蟹的攻击性行为。同时,我们采用了dsRNA干扰技术进一步验证其攻击性作用,用两种不同方法注射dsRNA以干扰PtCOMT基因的表达并检测了其干扰效率,初步研究结果表明不同时间点间断注射dsRNA比一次性注射有更好的干扰效果,为进一步研究PtCOMT在甲壳动物攻击性行为中的分子机制作铺垫。