作为一种重要的经济性状,动物的摄食行为及其对食物的偏好性直接影响着养殖业的生产成本和收益。目前,虽然对动物摄食行为和食物摄入量的研究已有许多,但对于食物偏好性的问题了解很少。动物的食物偏好受遗传、环境等多种因素的影响。然而,决定食物偏好的基因和相关遗传因素仍未知。虽然有些基因被报道参与了食物偏好的形成,但转录组水平上如何决定动物的特殊食物偏好,如鳜活饵食性、草鱼食性转变,尚知之甚少。鳜(Mandarin fish)作为一种底栖凶猛性鱼类,食性非常特殊,从开口摄食起,只吃活饵料鱼虾,一般不摄食死鱼或人工饵料。尽管鳜驯食人工饲料的技术、饲料营养配方和工艺及小规模养殖试验在国内外已有研究突破,但鳜个体驯食有难易之分,对人工饲料摄食和利用的个体差异很大,大部分个体摄食和利用人工饲料效率低。因此,对于鳜驯食人工饲料分子机理的研究具有重要的理论价值和现实意义。为阐明基因表达与鳜驯食性状的关系,我们对易驯食与不易驯食死饵料鱼的鳜进行了de novo转录组测序以及数字基因表达谱测序。对易驯食与不易驯食鳜的高质量reads进行组装,分别获得了665466、716044个Contigs,两组Contig的平均长度分别达到了142、141 bp。去除部分重叠序列后,共得到118218个基因序列(All-Unigene),平均长度为506 bp。这些功能基因中,69.5%(82108个)基因的长度在100 bp到500 bp之间,30.5%(36110个)基因的长度超过500 bp,9.8%(11550个)基因的长度大于1000 bp,这为鳜驯食性状相关研究提供了大量序列。将转录组测序得到的Unigene与NCBI、Swiss-Prot, KEGG和COG数据库进行BLAST比对(E value<0.00001),发现共有49155个基因(All-Unigene中的41.6%)获得功能注释。BLAST比对分析发现鳜与斑马鱼(Danio rerio,52%)显示高度同源性,其次是大西洋鲑(Salmo salar,9%),斑点绿河豚(Tetraodon nigroviridis,4%)此外,鳜转录组序列也与其它四种鱼类同源,包括日本河豚(Takifugu rubripes)、裸头鱼(Anoplopoma fimbria),彩虹胡瓜鱼(Osmerus mordax)以及青鳉(Oryzias latipes)。这些结果表明鳜与其它物种间存在进化的保守性,尤其是模式生物斑马鱼。被注释的49155个鳜转录组序列中,14228(28.9%)个序列具有一个或者多个GO功能定义。总计获得106024个GO功能定义,其中46.1%参与生物过程,34.8%涉及细胞组分,9.1%描述分子功能。共30964个序列参与205个已知的新陈代谢或信号通路,其中代表性通路有MAPK信号通路(1222个Unigene),钙离子信号通道(913个Unigene),胰岛素信号通路(711个Unigene),长时程增强(LTP)(542个Unigene),长时程抑制(369个Unigene),味觉转导(173个Unigene),哺乳动物生理节律(92个Unigene)。我们在易驯食鳜中检测到4768个潜在SNP位点,在不易驯食鳜中检测到41个潜在SNP位点,SNP频率为每12430 bp一个SNP,共4809个SNP位点,其中1592个转换,3217个颠换。共在17933(15.2%)个Unigene中找到了22418个可能的SSR位点,频率为每2.7 kbUnigene中存在一个可能的SSR。利用转录组测序和数字表达谱测序,通过比较易驯食与不易驯食鳜的mRNA表达水平,分别得到了1986与4525个差异表达基因(False Discovery Rate (FDR)< 0.001, fold-change≥2)。这些基因涉及多个信号通路,包括视觉通路(视网膜G蛋白偶联受体(Rgr),视黄醇脱氢酶(Rdh8),细胞视黄醇结合蛋白(Crbp)和鸟氨酸环化酶(Gc))；昼夜节律通路(周期蛋白1(Per1),周期蛋白2(Per2),Rev-erba,酪蛋白激酶(Ck)和黑夜因子{Nocturnin));食欲调控通路(神经肽Y(Npy),生长激素(Gh),阿片促黑皮素(Pome),肽YY(Pyy),胰岛素(Insulin)和瘦素(Leptin));学习和记忆通路(环腺苷酸应答元件结合蛋白(Creb),c-fos, fos相关抗原2(Fra-2),CCAAT增强子结合蛋白(C/EBP), zi/268,脑源性神经营养因子(Bdnf)和突触结合蛋白(Syt))。这些差异表达的功能基因都与鳜活饵食性这种独特的食物偏好密切相关。驯食性状(死饵食性)的获得可能与视觉能力的提高、生理节律的重置、食欲的减少、记忆保持的抑制,以及丰富的等位基因变化密切相关。草鱼是脊椎草食性动物中存在天然食性转变现象的一个十分理想的研究模型,现被广泛养殖于中国及其他许多国家用作食用鱼或水生植物的生物控制剂。草鱼在其生长发育过程中,会经历从肉食性向草食性的转变。全长小于3厘米的草鱼为肉食性,全长在3-5.5厘米的草鱼处于从摄食浮游动物和底栖动物向摄食水生植物的过渡阶段,而全长超过5.5厘米的草鱼为草食性。然而,目前对这一食性转变过程中的相关基因,以及草鱼如何能高效利用营养物质含量较低的植物饵料及其分子机制的研究尚属空白。为了阐明基因表达和草食性形成之间的关系,我们对转食前后草鱼进行了转录组测序。转食后草鱼(C组)的比肠长显著大于转食前草鱼(A组)和人为不转食草鱼(B组)。为了得到草鱼转食前后基因表达情况,我们构建了9个cDNA文库,包括：草鱼转食前脑组织文库(AB),转食前肝脏组织文库(AL),转食前肠道组织文库(AG)；草鱼人为不转食脑组织文库(BB),人为不转食肝脏组织文库(BL),人为不转食肠道组织文库(BG)；草鱼转食后脑组织文库(CB),转食后肝脏组织文库(CL),转食后肠道组织文库(CG),并使用Illumina公司HiSeq2000测序系统进行测序。去除低质量reads后,我们于AB组得到64914000个clean reads,于AL组得到62801686个clean reads,于AG组得到62679236个clean reads,于BB组得到66466322个clean reads,于BL组得到65442204个clean reads,于BG组得到63096538个clean reads,于CB组得到62196672个clean reads,于CL组得到62079494个clean reads,于CG组得到66338198个clean reads。约66.32-76.59%的clean reads可以比对到草鱼基因组,30.60-55.24%的clean reads可以比对到基因。我们在A、B、C组中共找到15739、16380和16826个可变剪接事件。分别于AB、AG、AL、BB、BG、BL、CB、CG和CL组中预测到69520、43953、26592、49109、41754、16897、46457、36675和18331个新转录本。分别于AB、AG、AL、BB、BG、BL、CB、CG和CL组中检测到65015、48001、17759、61761、40721、16683、59601、41561和18770潜在的SNP位点。369872个潜在SNP位点,包括262250个转换和107622个颠换。我们在A组和C组之间发现10184个差异表达基因,在A组和B之间发现8711个差异表达基因,B组和C之间发现4435个差异表达基因。在脑组织和肠道组织之间发现40149个差异表达基因,在脑组织和肝脏组织之间发现47849个差异表达基因,在肝脏组织和肠道组织之间发现35434个差异表达基因(FDR≤0.001, fold-change≥2)。为了消除草鱼自身发育引起的差异表达,我们将在A组和C组之间差异表达,而不在A组和B组之间差异表达的基因认为是参与草鱼食性转变的功能差异表达基因。并将这些差异表达基因比对到京都百科全书基因与基因组(Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes, KEGG)来找出与草鱼食性转变相关的典型生物学途径。我们发现数个信号通路的大量基因在草鱼食性转变前后存在着差异表达,包括细胞增殖和分化、食欲控制、昼夜节律、以及消化和代谢通路。此外,上述这些差异表达基因中56%存在可变剪切,草鱼中这些差异表达基因的基因结构与斑马鱼相应基因的基因结构不同,这表明草鱼的独特基因结构可能决定了其独特的食性转变。这些潜在的因素为草食性形成分子机制提供了遗传研究基础。阐明草鱼从肉食性向草食性转变过程中相关基因及其信号通路,有助于更好地了解草鱼及其他草食性动物对植物性饲料高摄食、高利用的机制,也能更好地研究物种进化过程中草食性动物的形成机制。此外,还可以为促进植物饲料的摄入和利用,增加饲料中植物蛋白对动物蛋白的替代、降低养殖成本,奠定理论基础。综上所述,本研究对肉食性代表鱼类鳜和草食性代表鱼类草鱼的摄食调控机理的研究,对于从分子营养学的角度揭示鱼类对营养物质的利用,提高养殖鱼类饲料利用,减少剩余饲料对养殖水环境的污染具有重要意义。