克氏原螯虾卵黄蛋白原和受体的cDNA序列克隆及受体mRNA的表达量分析

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卵黄蛋白原(vitellogenin,VG)是大型脂质转运蛋白(large lipidtransfer protein,LLTP)超家族的成员,是一种大分子脂质糖蛋白,分子量大小在200-700ku之间。卵黄蛋白(vitellin,Vn)由卵黄蛋白原修饰而来,为胚胎提供氨基酸、碳水化合物、脂肪、维生素、硫和磷等物质。经济类甲壳动物VG的结构和功能被学者广泛重视,而cDNA编码区序列则是分子研究的基础。卵黄蛋白原受体(vitellogeninreceptor, VGR)是低脂蛋白受体超家族中的一员,在卵巢发育过程中与卵黄蛋白原结合起到受体介导的作用,因此卵黄蛋白原受体在胚胎成熟的过程中有重要的作用。目前,在经济类甲壳动物中,卵黄蛋白原以及卵黄蛋白原受体的研究主要集中在真虾、沼虾和蟹类,克氏原螯虾(Procambarus clarkii)作为我国重要的经济甲壳类之一,卵黄蛋白的合成以及分布对胚胎和幼体发育有至关重要的作用。而克氏原螯虾的相关报道主要停留在水产养殖方法和形态学观察,对其卵黄蛋白原以及受体的cDNA序列和功能分析以及表达量的研究尚未见报道,本实验选取克氏原螯虾为研究对象,旨在克隆克氏原螯虾的卵黄蛋白原cDNA全序列并对其进行结构分析,克隆克氏原螯虾的卵黄蛋白原受体cDNA部分序列并通过半定量PCR、实时荧光定量PCR对其卵黄蛋白原受体的合成部位以及在卵原细胞增殖期、卵黄发生前期、初级卵黄发生期、次级卵黄发生期、成熟期以及恢复期的mRNA表达量进行研究分析。实验中,通过RT-PCR以及RACE等克隆技术得到克氏原螯虾卵黄蛋白原cDNA序列全长,长度为7674bp,其5’和3’的非翻译区分别为25bp和129bp;将其开放阅读框翻译为氨基酸序列后在NCBI网站进行BLASTP,与其他的已知甲壳类卵黄蛋白原序列有33%-62%的相似性。对此序列进行结构分析,构建出的进化树的结果表明克氏原螯虾与红螯螯虾以及大西洋龙虾亲缘关系最近,预测此序列编码一个含2506个氨基酸残基的蛋白质。可能含有两个结构域:血管性血友病因子(vonWillebrand factor)D型结构域(VWD)以及参与脂质转运的卵黄蛋白原N端结构域(Vitellogenin N)。对克氏原螯虾卵黄蛋白原的跨膜结构预测,结果显示:克氏原螯虾含有6种膜内到膜外的跨膜结构,含有4种从膜外到膜内的跨膜结构。这样的结构可能更利于其膜内外的运输,与其繁殖发育的生物学的功能相关。在卵黄蛋白原受体部分序列克隆的实验中,利用RT-PCR技术得到了一段506bp的序列,在NCBI网站进行BLASTP对比后发现该序列与斑节对虾、短沟对虾、罗氏沼虾等的卵黄蛋白原受体mRNA序列有较高相似性。根据其他十足目以及昆虫的卵黄蛋白原受体序列建立系统发生树,结果表明:与昆虫类相比,克氏原螯虾与十足目亲缘关系较近,但其独立成簇,又与其他十足目不同。本文利用半定量、实时荧光定量PCR的方法,发现卵巢和肝胰腺均有VGR的表达,从整个卵巢发育过程中看,VGR在卵巢的表达量高于肝胰腺的表达量,说明在克氏原螯虾的生长发育过程中,卵巢为VGR的主要合成部位,卵黄蛋白原与卵巢合成的VGR通过受体介导的胞吞作用进入卵母细胞,在细胞内被酶解修饰成小分子量的卵黄相关蛋白并发挥其营养作用。在卵巢中,卵原细胞增殖期相对表达量最高,卵黄发生前期开始逐渐下降并在成熟期期达到最低,在恢复期回升。卵原细胞增殖期与卵黄发生前期表达量均较高,差异不显著(P>0.05)。初级卵黄发生期相比卵黄发生前期相对表达量降低较多,差异显著(P>0.05)。成熟期的相对表达量达到最低值,与次级卵黄发生期以及恢复期均差异显著(P>0.05)随着卵巢的发育,考虑到卵巢质量的变化,卵巢VGR的总表达量在卵原细胞增殖期最低,卵黄发生前期持续增加,并在成熟期达到峰值,在恢复期降低,但是仍略高于卵原细胞增殖期的总表达量,其中卵黄发生前期约为卵原细胞增殖期的3倍,差异显著(P>0.05),成熟期VGR总表达量达到峰值,与次级卵黄发生期和恢复期相比,差异均显著(P>0.05)。在肝胰腺中VGR的相对表达量较低,趋势并不显著。在卵巢各个发育时期,卵巢VGR的总表达量均高于肝胰腺的总表达量。VGR与VG的主要合成部位表达量对比发现:卵巢中的卵黄蛋白原受体和肝胰腺中的卵黄蛋白原总表达量趋势是相同的,在卵原细胞增殖期表达量最低,直到成熟期达到峰值,在恢复期下降,从总表达量数值上看VG的表达量比VGR要高的多,在成熟期VG和VGR总表达量均为最高,但是VG要比VGR高将近150倍。VGR的主要功能是结合并通过介导胞吞的方式使VG进入到卵母细胞,实验结果验证了VGR需随VG的表达量升高而升高,以便结合VG并发挥介导作用的作用机理。
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