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从沙漠到高山,从海平面到海拔超过4500m的西藏,从湿热或半湿热到干旱的地带,卤虫的身影已无处不在。卤虫隶属于节肢动物门,有鳃亚门,甲壳纲,鳃足亚纲,无甲目,盐水丰年虫科,卤虫属(Artemia)。卤虫是生存于世界上最极端环境中的物种之一,因其生活于各大洲的内陆盐湖和盐田,高盐度,强碱性,强紫外线,干旱,含氧量低,温度波动大等。至今,卤虫已被广泛的当作逆境生物的研究材料。
卤虫有两类生殖方式:孤雌生殖和两性生殖。在有利的条件下,温度适宜、光照、氧气、食物等充足,这两种生殖方式的卤虫以卵胎生的方式繁殖:直接从体内排出无节幼体。但在生存环境比较恶劣的状况下,这两种生殖方式的卤虫以卵生的方式产生休眠卵。休眠卵有厚的外壳,能忍耐恶劣的环境条件,一般不会在水中直接孵化。需要经过一定的激活条件且在适宜的条件下才可以孵化出无节幼虫。这也是卤虫为维持自身种族的生存而发展出的对环境的适应方式。大量的研究表明,卤虫卵的抗胁迫能力很大程度上来源于胚胎外包被的非细胞的外壳。但是对卤虫卵壳的研究也多是在其形态学方面。对于其分子水平的研究,除了刘玉磊等人第一次用分子生物学的手段对其蛋白成分SGEG1进行报道外,该外壳的具体成分和形成机制目前还不是很清楚。
本研究基于刘玉磊等人所建立的消减杂交文库,通过cDNA末端快速克隆(RACE)的方法获得了目的基因的全序列。我们对此基因的表达特征进行了检测分析。Northern blotting结果显示该基因仅表达于卵生途径的卤虫卵囊中。原位杂交结果精确地显示了该基因仅在泌壳腺细胞中特异性表达。因此,我们对该基因进行命名SGEG2(Shell Gland-specifically Expressed Gene)。并更改刘玉磊等人报道的SGEG为SGEG1。 SGEG2编码的蛋白可在翻译后修饰的水平酶解为两个成熟肽SGEG2a和SGEG2b。透射电镜下的免疫胶体金偶联实验进一步证实SGEG1、SGEG2a和SGEG2b三个蛋白都特异性地分布于卤虫卵壳上。
我们采用RNA干涉的方法分别沉默SGEG1和SGEG2基因,同时,我们也进行了双干涉同时沉默SGEG1和SGEG2。所有基因沉默的卤虫成虫没有出现异常。但是较之对照组产下的具有完整外壳的休眠胚胎,所有目的基因干涉后产下的休眠卵的外壳都有了缺陷。透射电镜下,SGEG1基因干涉后产下的卵的皮质层仅剩下相当于正常卵的二分之一;SGEG2基因干涉后泡层消失;双干涉SGEG1和SGEG2,卵的整个绒毛层几近消失。最后,我们对干涉后产下的休眠卵进行了抗逆性测试,SGEG2缺失产下的休眠卵能抵御冰冻、极端渗透压和有机溶剂的损伤,但是对热激和紫外照射已损失抵御能力;SGEG1和双基因干涉后产下的休眠卵则对这些压力条件完全丧失抵抗性。
综上,本研究揭示了卤虫卵壳细胞外基质蛋白SGEG1、SGEG2a和SGEG2b参与了保护胚胎免受极端环境的压力胁迫,包括极端渗透压、紫外照射、温度波动等,从而维持了种族的生存。卤虫卵壳因这些特性具有成为杰出的生物材料的可能。