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杂色鲍(Haliotis diversicolor)作为软体动物腹足类的重要物种,不仅是水产养殖重要经济贝类,而且是研究海洋无脊椎动物幼体发育良好模型,对贝类早期发育机理的阐述具有重要的理论和实践意义。当前借助于新一代高通量测序技术平台,大量海洋贝类基因资源被挖掘出来。这些基因中的大部分却是功能未知的,因此发展和应用新的实验手段系统地分析基因的功能成为当前迫切需要解决的问题。
本实验室先前通过454测序和基因表达聚类方法获得了大量的杂色鲍幼体发育相关基因,这些基因的表达具有明确的发育阶段性,即仅在某些发育时期高水平表达。本研究针对其中一批差异表达基因和一系列同源基因进行了功能上的探索:
1、建立杂色鲍幼体原位杂交方法(WMISH)。建立了用于全胚原位杂交的幼体采集、麻醉、固定和保存方法,确保了幼体形态在两年多的保存时间里的完整性与舒展性;建立了cRNA探针制备技术,通过T7RNA聚合酶体外转录得到的6个基因cRNA探针序列具有极高准确度;建立了杂交流程并进行优化,降低了背景信号,获得了较高清晰度的原位杂交照片。经过6个基因的WMISH实验,表明此方法已经完整建立并具有较高通量。
2、以基因群为单位开展发育特征基因的时空表达模式研究。本研究以基因家族的方式或以时序表达模式的相关性挑选了4个特征基因群:SARP-19基因家族、Vdg-3基因家族、与CMBL基因的时序表达模式相类似的基因群、与Fucolectin基因的时序表达模式相类似的基因群,并获得了这些基因群共15个基因的时空表达模式。SARP-19和Vdg-3基因家族大部分成员在附着后幼体的消化腺高水平表达;CMBL基因群多在扭转后面盘时期开始表达,空间上集中于套膜腔、外套膜边缘、顶端感受器官,可能与幼体探索合适附着基、附着变态以及次生壳形成有密切联系;Fucolectin基因群多在感受态期间高水平表达,空间上成局部“点状”模式,这些表达位点鉴定为神经节部位,因此很可能是与神经系统在幼体早期的发育有密切关系。
3、HdEGF1基因的克隆、qPCR和WMISH。运用cDNA末端快速扩增技术(RACE)克隆了HdEGF1基因全长cDNA序列。该基因全长1239bp,含一个343个氨基酸残基的ORF(开放阅读框),推测的蛋白序列包含3个EGF-CA结构域和1个vWFA结构域。通过序列相似性比较,我们确定其为新型EGF1相关蛋白。荧光定量PCR(qPCR)结果显示HdEGF1基因在幼体附着后的表达量比附着前任一时期均高19倍以上。全胚原位杂交(WMISH)结果显示HdEGF1基因的集中表达在变态后幼体后消化道的表皮细胞。HdEGF1基因的这种时空表达模式表明HdEGF1受严格的时空调控,直接参与了附着后杂色鲍幼体后消化道的生长和细胞分化。
4、CMBL蛋白的原核表达。根据已获得的杂色鲍CMBL的cDNA序列,成功构建了pET-CMBL的重组融合表达质粒,重组质粒在大肠杆菌BL21(DE3)中经IPTG诱导后,所获得的CMBL融合蛋白主要以可溶形式存在于菌体中。利用亲和纯化的方法纯化了融合蛋白,并尝试利用肠激酶切除标签。
本研究通过成熟的WMISH方法对多个基因群进行了时空表达模式的研究,获得了大量的重要线索,并根据这些线索开展了全长cDNA克隆和原核表达工作,为后续更深入的功能研究打下了基础。同时,本文对基因群的研究方法有助于从代谢通路和基因调控网络的视角探索杂色鲍早期发育生物学过程。