基于转录组数据的大鲵免疫功能基因的发掘及EST-SSR的筛选

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大鲵(Andrias davidianus),是现存最大的有尾两栖类动物,同时也是我国独有的珍惜保护动物,具有很高的经济价值。由于上世纪末人为大量捕杀和生存环境的恶化,野生大鲵数量锐减。近年来,由于人工养殖技术和繁殖技术不断地提高,养殖规模的不断扩大,大鲵养殖群体数量得到了快速的恢复,但是野生种群依然没有得到有效的恢复。加之由于公共数据库中缺乏大鲵的遗传信息和基因序列,使得有关大鲵的免疫抗病机制和遗传背景的研究难以深入,因而很难从根本上解决大鲵人工养殖过程中的疾病防治和大鲵野生资源保护所面临的问题。本研究利用Illumina paired-end技术对大鲵皮肤和脾脏进行转录组测序分析。并在此基础上利用所获得的转录组数据对大鲵皮肤和脾脏进行组织差异表达分析,筛选获得皮肤和脾脏特异表达的免疫基因,并采用实时定量PCR对部分特异表达免疫基因进行了表达模式分析,同时筛选一批新的EST-SSR位点,取得如下结果:1.通过测序,从大鲵皮肤和脾脏分别获得20,698,732和20,587,272转录组测序原始数据,总长度分别为4,180,811,139bp和4,158,044,544bp。经过组装,皮肤获得57,654个unigenes,平均长度666.1bp,脾脏获得64,807个unigenes,平均长度787.9bp。大鲵皮肤和脾脏共得87,297个unigenes,其中长度在1kb以上的Unigenes有16,599个,在全部87,297个unigenes中有38,916个为已知基因,其中12,774个已知基因被富集到KEGG数据库中的243个pathway上,995个被富集到16个免疫系统调控通路上。2.通过对大鲵皮肤和脾脏转录组数据库分析,从大鲵皮肤中鉴定出696个免疫相关基因,从大鲵脾脏中鉴定出770个免疫相关基因,在大鲵皮肤和脾脏中有表达差异的免疫相关基因524个,其中225个在皮肤中特异表达,299个在脾脏中特异性表达。经鉴定,半乳糖凝集素-3(galectin-3)和β-防御素(β-defensin)等是皮肤中主要免疫相关基因,而淋巴毒素β(Lymphotoxin-beta,)和免疫球蛋白轻链第三亚型(immunoglobulin lightchain type III)等是脾脏的主要免疫相关基因。3.实时定量PCR结果显示:cyststin A, cystatin B, β-defensin, galectin-3等4个皮肤主要免疫相关基因,在皮肤中的表达量最高,显著高于其他组织;Lymphotoxin-beta,SLC40A1, Ig lambda chain V-I region BL2, CD5L等4个脾脏主要免疫相关基因则在脾脏中表达最高,显著高于其他组织。不同年龄大鲵实时定量PCR分析表明,大鲵皮肤和脾脏主要免疫基因在1龄、2龄和3龄大鲵中的表达无显著差异,表明大鲵皮肤和脾脏免疫系统在1龄时已基本发育完善。4.原位杂交结果显示,galectin-3基因在大鲵皮肤表皮的各层细胞的胞质和细胞核中均有阳性信号,以胞质为主。真皮层中的粘液腺细胞和颗粒腺的上皮细胞中出现较弱的杂交阳性信号。SLC40A1基因在大鲵脾脏红髓中的杂交信号较白髓中明显,阳性信号出现在红髓中的B细胞中,被膜上也出现了阳性信号。5.经过筛选,从16,599unigenes中获得了7,961个EST-SSR位点,占所筛选unigenes的33.06%。在所获得的EST-SSR位点中,单碱基重复类型所占比例最大,其次是二碱基重复个位点、三碱基重复和四碱基重复,五碱基重复类型最少,六碱基重复类型的没有筛选到。本研究结果表明:大鲵皮肤和脾脏在大鲵免疫防御中起重要作用,但是参与此过程的关键免疫因子存在差异,进而揭示皮肤和脾脏的免疫防御机制存在差异;为了能够更好的适应生存环境,大鲵在免疫防御系统在1龄之前已经基本发育完善;利用转录本数据库能够快速获得大批量EST-SSR位点,这些位点为今后研究大鲵群体的遗传特征和群体结构,构建高密度大鲵遗传连锁图谱,重要免疫抗病相关性状的QTL定位和进行分子标记选择育种奠定基础。
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