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生长激素是一种具有多种生理功能的肽类激素,其生理作用包括促进生长,调节能量代谢,参与性腺发育过程,食欲调节及影响群体行为。促生长激素释放激素(growth hormone releasing hormone, GHRH)和脑垂体腺苷酸环化酶激活多肽(pituitary adenylate cyclase activating polypeptide, PACAP)是两种重要的生长激素促释放因子。过去曾误认为这两个激素在鱼类中是由同一个基因编码的,最近科学家在鱼类中分离出一种与哺乳类GHRH同源性很高的肽类激素,发现该激素具有强的促生长激素释放能力。因此将该基因命名为促生长激素释放激素,而将于PACAP共编码的蛋白命名为PRP或GHRH-LP。然而,目前关于这两个激素的生理作用,结构,组织表达等还缺乏深入研究,开展这方面研究对于阐明这两个激素的功能具有重要的意义。
大口黑鲈(Micropterus salmoides(Lacépède),俗名大口黑鲈,隶属鲈形目(Perciformes)、鲈亚目(Porcoidei)、太阳鱼科(Cehtrachidae)、黑鲈属(Micropterus),是我国重要的淡水养殖品种,但是目前国内养殖的大口黑鲈仍是20多年前引进的野生种繁育后代,群体性状分化严重,常导玫养殖过程中大吃小,上市规格不一致等现象的发生,影响了大口黑鲈的养殖效益。因此,开展大口黑鲈良种选育工作对于产业发展具有迫切的现实的意义。
本研究旨在通过大口黑鲈GHRH和PACAP基因的克隆,研究其组织表达及促生长作用,为阐明鱼类的生长内分泌网络提供依据;并将其作为候选功能基因筛选SNP,对SNP位点与生长性状进行相关分析,获得与大口黑鲈生长紧密关联的SNP分子标记,为分子标记辅助育种奠定基础。具体研究结果如下:
1.大口黑鲈GHRHcDNA序列629bp,编码140个氨基酸,成熟肽长27aa,与青鳉GHRH的相似性最高,为100%;与其它两栖类及鱼类的同源性介于70%-96%;大口黑鲈PACAP/GHRH-LP基因存在两种cDNA序列,其中序列a全长786bp,编码PACAP和GHRH-LP;序列b全长为789bp,仅编码PACAP。序列同源性分析结果表明,大口黑鲈与青鳉和牙鲆的GHRH-LP的相似性最高,达到96%,与其它鱼类和两栖类的同源性在41%-78%;PACAP与其它鱼类的同源性在90%以上。大口黑鲈GHRH和GHRH-LP基因均由5个外显子及四个内含子组成,但在外显子布局上存在较大差异
2.PACAP-PRP基因在大口黑鲈体内存在两种mRNA转录本,长可变剪切mRNA(longformvariationtypemRNA,LVmRNA)编码PACAP和PRP两个蛋白;短可变剪切mRNA(shortformvariationtypemRNA,SVmRNA)编码PACAP蛋白。组织分布研究表明,两种mRNA在不同组织具有类似的表达特征,在中枢神经系统以前脑表达量最高,其次为延脑、中脑,垂体和小脑;在外周组织中,以胃表达量最高,其次为小肠、肾、肌肉、脾,鳃,在心,脂肪,肝中不表达。但是,在中枢神经系统SVmRNA的含量比LVmRNA的含量要高,而在胃LVmRNA含量则比SVmRNA高。而GHRH基因仅在前脑和延脑中表达,两者间具有较大分布差异。
3.在胚胎发育和仔鱼早期发育过程中,GHRH在神经胚后期检测到表达,其表达水平在出膜后显著提高;PACAP-PRP基因mRNA首先在囊胚中期检测到,并在后续发育各时期保持较高水平的持续表达,两者间的表达时序上具有较大差异。
4.禁食实验表明,禁食能够显著降低PACAP基因在大脑中的表达水平;且随着禁食时间的延长基因表达水平的下调增强,但是在禁食结束后基因表达水平迅速的提高,表明PACAP蛋白是作为一种厌食因子参与大口黑鲈的摄食调节。
5.克隆了大口黑鲈(Micropterus salmoide)促生长激素释放激素(growth hormone releasing hormone,GHRH)基因启动子序列,该序列全长1452bp,预测存在TATA框、CAAT框和八聚体转录因子1(Oct-1)结合位点启动子等基本转录元件。含有上游激活因子USF结合位点1个,核转录因子SP1结合位点4个,AP1转录因子结合位点1个,神经特异转录因子NF-1转录因子结合位点4个,甲状腺激素应答受体T3R结合位点1个。在大口黑鲈GHRH基因启动子上还发现一个66bp长度的Indel突变位点,经软件预测,该突变位点上存在Homeobox,FoxO转录因子结合位点各一个。针对该位点选取杂合子基因型亲本构建AB×AB家系,后代基因型频率显示纯合缺失突变BB型个体在出膜前死亡。利用实时定量PCR技术检测同一家系内不同基因型个体间基因的表达量,结果表明,AA基因型个体(9个样本)GHRH的表达量比AB基因型(10个样本)个体表达量偏高约19%,但差异未达显著水平(p>0.05)。在随机群体中验证结果表明,A(野生型)等位基因频率(0.856)明显高于B(突变型)等位基因(0.144),群体处于平衡状态(p=0.17),但未检测到BB型个体。AA型与AB型个体在体重、体长、体宽方面均没有显著差异。群体关联,家系验证结果均表明,该位点纯合子突变个体(BB)无法存活,AB及AA个体间基因表达水平及生长性状间没有显著差异。