急性低氧条件下红鳍东方鲀脑和血液转录组分析

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红鳍东方鲀(Takifugu rubripes)基因测序工作于2002年完成,发现红鳍东方鲀基因组约为400Mb,仅仅是人类基因组大小的七分之一,是已知脊椎动物基因组最小的,且基因数量与人类相近,因此红鳍东方鲀是一个理想的研究对象。近年来由于市场需求增加,中国国家政策开放,养殖规模进一步扩大,在圈养中,鱼类总是面临无法逃避的重复性和慢性应激情况(例如,密闭,拥挤,处理,可变的水质,包括缺氧)。鉴于红鳍东方鲀在近年的大规模养殖并且离水生存时间多于其它大多数鱼类,本实验以红鳍东方鲀的脑和血液为研究对象。目的在于探讨红鳍东方鲀低氧适应的生物学过程和分子机制,全面了解急性低氧处理对河鲀脑和血液的影响及相关分子机制,为红鳍东方鲀生态适应机制、保护生物学等领域的深入研究积累科学数据,同时为红鳍东方鲀的资源保护、创新利用、人工驯养等方面奠定基础。
  本研究采用无水亚硫酸钠(Na2SO3)消耗溶解氧的方法,从库存中随机抽取20尾红鳍东方鲀,分为四组[1个对照组(PPM5.4)和3个试验组(PPM4,PPM2,PPM0)],将其暴露于常氧(5.4mg/L)或低氧(0–4.0mg/L)的海水中。四组的溶解氧(DO)浓度分别维持在5.4±0.05mg/L(PPM5.4),4±0.05mg/L(PPM4),2±0.05mg/L(PPM2)和0±0.05mg/L(PPM0)。之后取脑和血液组织采用RNA-Seq技术进行转录组测序,比较急性低氧治疗和正常氧红鳍东方鲀之间的转录组学差异,再进行红鳍东方鲀低氧相关差异表达基因分析,从而筛选低氧适应关键基因并做相关性分析。
  本研究通过转录组测序,成功构建cDNA文库40个,共得到281.14Gb高质量数据,平均约为5Gb/文库,大于89%的干净读数比对到红鳍东方鲀的参考基因组上。脑中共鉴定到基因差异96个。血液中共鉴定出差异基因724个。差异表达基因的GO功能和KEGG信号通路富集性分析结果表明,差异基因大多都富集到了结合(binding ),代谢过程(metabolic process),胞内(intracellular)等生物学过程中,调控HIF-1、血管增殖、神经功能的信号路径可能在红鳍东方鲀的低氧应答反应中扮演着重要角色。
  红鳍东方鲀在应对低氧时,HIF1,VEGFa,foxo,akt等基因发挥了关键作用,其可能通过增加脑和全身血管扩张,收缩毛细血管,降低其他组织耗氧量,中枢系统及时向身体各部发出信号,修复受损神经,血红蛋白释放结合氧,以增强低氧耐受能力。红鳍东方鲀的耐低氧机制还有许多需有待探索,长期低氧适应相关机制还需进一步探索。
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