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草鱼(Ctenopharyngodon idella)是我国的“四大家鱼”之一,也是重要的经济淡水养殖鱼类。但在养殖过程中由于各种病害的影响使其成活率极低,给养殖人员带来的严重的经济损失。其中,由嗜水气单胞菌(Aeromonas hydrophila)侵袭而引发的细菌性败血症是在草鱼养殖过程中严重危害其机体健康的疾病之一。主要组织相容性复合体(MHC)存在于所有的脊椎动物中,是机体免疫反应中参与抗原呈递的重要组成部分,其中包含许多不同的基因。本文中通过本地Blast来获取草鱼MHCⅠ区的基因组信息,并将其与人类MHC以及其他鱼类的MHCⅠ区在基因组层面上进行比对分析,了解MHC在不同物种中的共同点有助于进化分析,采用RT-PCR技术检测MHCⅠ区基因在健康草鱼各组织的表达情况,并通过实时荧光定量PCR检测草鱼在嗜水气单胞菌感染后4、12、24、48及96h,MHCⅠ区免疫相关基因在脾脏和肾脏中的表达情况,以为草鱼的抗病育种提供理论基础和科学数据,本文主要研究结果如下: 1.草鱼MHCⅠ区基因组成 经分析得到草鱼MHCⅠ区共有21个基因,全长为350Kb,其中包含3个MHCIa基因、5个PSMB基因、3个TAP2基因、2个TAPBP基因以及BRD2、FABGL、COL11A2、RXRB、KNSL2、ZBTB22、DAXX、 FLOT1这8个基因。 2.草鱼MHCⅠ区与其他脊椎动物的基因组比对分析 通过人类、大西洋鲑(Salmo salar)、草鱼、斑马鱼(Danio rerio)、青鲻(Oryziaslatipes)以及日本河豚(Tetraodontidae)的MHCⅠ区基因组比对发现了两个比较保守的共线性区域,根据它们所在的位置分为在人类中经典的MHCⅡ区和延伸的MHCⅡ区,其中经典的MHCⅡ区包含PSMB8、PSMB9、PSMB10、TAP2、BRD2、FABGL、COL11A2以及RXRB在内的8基因,延伸的MHCⅡ区包含KNSL2、ZBTB22、DAXX、 TAPBP以及FLOT1这5个基因,其中KNSL2、ZBTB22、DAXX、 TAPBP这4个基因在鱼类中有共线性关系。 3.MHCⅠ区抗原呈递相关基因生物信息学分析 通过NCBI查找得到草鱼TAPBP的396个氨基酸序列,通过SMART在线预测及Clustal X2比对分析发现其存在TAPBP保守的Ig V和Ig C区域,在N-端的31位和106位都有保守的半胱氨酸,在Ig V和Ig C这两个区域存在典型的半胱氨酸和色氨酸(C192、W211、C270和C314、W327、C378),人类中115位的半胱氨酸在鸟类和鱼类中被丝氨酸所代替。用DNAMAN软件将草鱼PSMB9的cDNA序列翻译得到190个氨基酸,用SMART在线预测得到1-178的氨基酸为Proteasome的蛋白结构域,通过Clustal X2软件进行氨基酸比对分析发现鱼类、哺乳动物和两栖类的Proteasome结构域高度保守。在NCBI中查找得到草鱼MHCⅠ的342个氨基酸,用SMART在线预测得其结构域,1-16位为信号肽,17-192位为MHCⅠ蛋白结构域,208-281位为IGc1功能区,297-319位为蛋白质跨膜区。通过MEGA7.0进行TAPBP、PSMB9和MHCⅠ这三个基因物种间的进化分析发现,草鱼均与鲤科鱼类的关系最近,与其他鱼类关系较远,与其他脊椎动物关系最远。 4.草鱼MHCⅠ区基因的组织表达特征 用半定量RT-PCR方法检测了草鱼MHCⅠ区BRD2、KNSL2、RXRB、TAPBP、FABGL、MHC Ia、PSMB6、PSMB9以及TAP2等9个基因在健康鱼各组织的表达情况。除了FABGL和PSMB6基因在肾脏表达量最高外,其它基因都在血液中的表达量最高。其中参与MHCⅠ类分子抗原呈递途径的TAPBP、MHC Ia、PSMB9以及TAP2基因的表达情况基本相同,而且都在免疫组织脾脏和肾脏中有较高表达。 5.草鱼MHCⅠ区BRD2、MHC Ia、PSMB9以及TAP2在细菌感染后表达量变化 通过实时荧光定量RT-PCR检测看草鱼肾脏和脾脏中MHCⅠ区免疫相关基因在嗜水气单孢菌感染后的表达情况。BRD2表达量分别在感染后12h和24h在肾脏和脾脏中达到最高;MHC Ia表达量在脾脏和肾脏中都先上升后下降,并都在24h达最大值;PSMB9表达量在脾脏先上升后下降,在12h达最大值,在肾脏中则先下降后上升,在24h达最大值;TAP2在脾脏和肾脏中整体呈先下降后上升的趋势,在24h都达最大值,并最后都回调至正常范围。 本研究结果初步获得草鱼MHCⅠ区基因组结构及基因表达特征,为后续草鱼疾病防治以及抗病育种等研究奠定了理论基础。