鱼类信息素诱导下盔形溞的转录组分析及其与形态相关候选基因的筛选

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溞属枝角类是水体生态系统的重要类群,在食物链中起承上启下的作用,既能够滤食浮游藻类又是鱼类的重要饵料。通常,较高的鱼类捕食压力能够引发溞属种类的“诱导防御”,导致其形态、行为或生活史特征的改变。在甲壳动物中,部分与形态有关的基因已经被筛选出,但有关溞属种类防御形态形成(尤其是头盔和壳刺)的分子机制尚不明确。本研究以巢湖盔形溞为对象,以鱼类信息素为诱导手段,利用转录组测序、RNA干扰等技术,获取鱼类信息素诱导下盔形溞与形态相关的差异候选基因。本研究结果将为揭示鱼类诱导溞属种类形态变化的分子机制提供理论依据。主要结果如下:1.选择了对照组的盔形溞头盔(BH)、壳刺(BT)和躯干(BR),及鱼类信息素组的头盔(PH)、壳刺(PT)和躯干(PR)进行转录组比较。盔形溞在混合组装后获得25825条unigenes,与其同源性序列比例较高的近缘物种是蚤状溞(46.1%)和大型溞(32.5%)。GO富集分析表明,PT vs BT中的上、下调基因主要集中在角质层结构成分和结构分子活性方面;PH vs BH中的上、下调基因主要集中在肽酶活性和内肽酶活性;BH vs BR中的上调基因主要集中在肽酶活性,下调基因主要集中在胞外区和肽酶活性;BH vs BT中的上、下调基因主要集中在膜方面;PH vs PR中的上、下调基因主要集中在肽酶活性和蛋白质水解;PH vs PT中的上、下调基因主要集中在蛋白质代谢过程和催化活性。2.选择PT vs BT,PH vs BH,BH vs BR,BH vs BT,PH vs PR和PH vs PT转录组中差异最显著的前30个上调差异基因进行q PCR验证,共得到24个可能与形态防御有关的候选基因。4个基因在PH中的表达水平显著高于BH、PR和BR(P<0.05),在PT中的表达水平显著高于BT、PR和BR(P<0.05),这些基因可能参与了盔形溞的头盔和壳刺的形态变化。其中2个胰蛋白酶基因(Cluster-2384.9683,Cluster-2384.9311)与蜕皮过程密切有关。另外4个基因在PT中的表达水平显著高于BH、BT、BR、PH和PR(P<0.01),这些基因可能参与了盔形溞壳刺的形态变化。其中1个角质层蛋白基因(Cluster-2384.10979)可能与溞属形态防御密切相关。剩余的16个基因在PH中的表达水平显著高于BH、BT、BR、PT和PR(P<0.05),这些基因可能参与了盔形溞头盔的形态变化。其中包括与免疫和防御相关的基因(Cluster-2384.10346,Cluster-2384.4417,Cluster-2384.7946,Cluster-2384.8263,Cluster-2384.983,Cluster-2384.3878,Cluster-2384.16699)。此外,在盔形溞转录组中,发现2个已知可能参与形态变化的相关基因(Cluster-2384.8096:Acidic mammalian chitinase和Cluster-2384.8883:putative transcriptional factor distal-less protein),它们在PH、PT中的表达量分别高于BH、BT(P<0.05),暗示这2个基因可能同时参与了盔形溞头盔和壳刺的形态变化。3.基于形态相关候选基因的筛选,其中与角质层有关的基因Cluster-2384.10979(Dagcut)在PT中表达显著高于BH、BT、BR、PH和PR。经过ds RNA喂食干扰实验,Dagcut基因对盔形溞具有一定的沉默效果。与1%dscut(含目的基因的大肠杆菌)和2%dscut组相比较,1%ds GFP(不含目的基因的大肠杆菌)和2%ds GFP均显著下调(P<0.05)。另外,在干扰实验中,1%和2%的dscut组在第5-7龄期死亡的盔形溞中,37.5%是由于不能正常蜕皮而死亡。在2%dscut组的胚胎时,盔形溞甚至出现了壳刺弯曲的现象,且在该组第2次产出的活体幼溞和死亡幼溞中,也出现壳刺弯曲的现象。总之,鱼类信息素的存在对盔形溞的形态改变产生了一定的影响。在鱼类信息素诱导下,利用转录组分析技术筛选与溞属形态有关的候选基因,并利用RNAi技术鉴定了Cluster-2384.10979(Dagcut)基因的功能。本研究可为枝角类形态防御相关基因的探究奠定了基础,也为揭示枝角类形态变化的分子机制提供理论依据。
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