尼罗罗非鱼Nramp基因的克隆分析与表达研究

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由病原微生物感染造成的危害常使水产养殖业蒙受重大损失,培育抗菌感染力强的水产养殖品种是防治病害经济有效的途径。天然抗性相关巨噬蛋白Nramp基因作为一种抗病候选基因,与鱼类的抗病性密切相关,其序列信息以及表达模式的分析对尼罗罗非鱼的抗菌研究具有重要价值。天然抗性相关巨噬蛋白(Nramp)家族是一类抑制胞内寄生菌侵染的天然免疫相关蛋白。该家族在高等脊椎动物中分为Nramp1和Nramp2两大类具不同功能的蛋白分子,而鱼类中只存在高等脊椎动物Nramp2的同源物。本研究以尼罗罗非鱼为实验材料,采用RACE、巢式PCR、降落PCR以及实时荧光定量PCR(qRT-PCR)检测等方法,对Nramp基因进行了克隆分析以及人工感染嗜水气单胞菌后体内的组织表达变化研究;并对其卵巢细胞的体外培养进行了研究,建立了尼罗罗非鱼卵巢细胞株,为后续开展Nramp基因的真核表达等相关研究,分析其在体内和体外的表达差异以及验证Nramp基因的功能奠定了基础。主要研究结果如下:(1)获得了尼罗罗非鱼Nramp基因cDNA的一段840bp的序列,并提交Genbank(ONLTM,登录号:KF006313),该序列编码280个氨基酸;其二级结构包含6段跨膜结构域,分别位于64-86、115-134、144-166、178-197、217-239和260-278,并发现在81位至96位存在1处低复杂度区域。(2)克隆到的尼罗罗非鱼Nramp基因编码的氨基酸序列具有丰富的磷酸化位点:在第34位存在1个蛋白激酶C磷酸化位点(S/T-X-R/K);17和157位共发现了两个酪蛋白激酶II磷酸化位点(S/T-X-X-D/E);第255位存在一个酪氨酸激酶磷酸化位点(R/K-X-X-D/E-X-X-X-Y);第56、65、94、135、153、226位共6个N-豆蔻酰基化位点(G-E/D/R/K/H/P/F/Y/W-X-X-S/T/A/G/C/N-P)。(3)预测的尼罗罗非鱼Nramp分子的空间结构与模式动物斑马鱼的Nramp分子,虹鳟鱼的Nramp分子以及人的Nramp1分子的空间结构极为相似;反映出其序列的高度保守性。该分子已具备了典型的跨膜蛋白空间结构特征。(4)尼罗罗非鱼Nramp基因的氨基酸序列与其他16个物种的相似性在69%-93%之间,其中与条纹鲈和大菱鲆的同源性最高,均为93%;而与人和小鼠的Nramp1相似性最低,分别为70%和69%。绘制的进化树表明ONLTM编码的氨基酸序列与哺乳类的Nramp2同源性高于哺乳类的Nramp1,并且Nramp基因同源性的高低与其进化相关。在编码的280个氨基酸残基范围内,保守的氨基酸有105个,保守率在37.86%,其中包含3个保守的半胱氨酸残基。(5)ck、5h、24h、48h、72h和96h的样品进行qRT-PCR分析显示,Nramp基因在尼罗罗非鱼的肾、鳃、脾、肌肉、鳍、肝、血液、性腺、心、肠、脑和胃共12个组织中均有表达,呈组成型表达。Nramp基因的差异性表达体现了与免疫应答的相关性。在脾、肾、肠、鳃、肝、胃和血液组织中表达量最高,在心、脑和性腺组织中表达量中等,而在鳍和肌肉组织中表达量最低。处理后24h的肝和72h的脑表现出表达差异极显著(p<0.01)。处理后5h的血液、48h的胃以及96h的肝表现出表达差异显著(p <0.05)。(6)在人工感染嗜水气单胞菌后的96h内,尼罗罗非鱼体内Nramp基因的表达变化趋势中,肝、血液、肠、鳃、脑、胃和心的变化幅度最大,性腺和鳍的表达量变化幅度最小且相对平稳。感染嗜水气单胞菌5h后的12个组织中鳃、鳍、心、胃中的表达量上调;血液中的表达量显著上调(p<0.05)。感染24小时后的组织中肾、鳍、心、肠和脑的表达量上调,肝中的表达量极显著上调(p<0.01)。感染48小时后的组织中肝、血液和心的表达量上调,胃中的表达量显著上调(p<0.05)。感染72小时后的组织中脑的表达量极显著上调(p<0.01),而此时只有鳍、胃和肝中的表达量下调,其余组织中的表达量均上调。感染96小时后的组织中只有胃、血液、肌肉和鳍中的表达量下调,其余组织中的表达量均上调,且肝的表达量极显著上调(p<0.01)。(7)体外分离培养的尼罗罗非鱼卵巢细胞,已成功传代21次,建立了尼罗罗非鱼卵巢组织的细胞株。本研究结果为进一步揭示尼罗罗非鱼抗感染机制奠定基础,为后续研究尼罗罗非鱼Nramp基因在体内和体外的表达差异及培育Nramp基因高表达的转基因罗非鱼等提供重要参考。
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