日本沼蝦(Macrobrachium nipponense)卵黃蛋白原代謝相關基因的克隆和表達研究.pdf

1、日本沼蝦(Macrobrachium nipponense)又名青蝦、河蝦,是我國重要的經(jīng)濟淡水蝦。近年來,隨著其自然資源的銳減和養(yǎng)殖規(guī)模的擴大,養(yǎng)殖的日本沼蝦出現(xiàn)了生產(chǎn)性能下降和種質資源退化的情況,其中蝦個體小型化和“性早熟”的現(xiàn)象尤為突出。“性早熟”即雌、雄性個體性腺提前發(fā)育,造成了商品蝦的規(guī)格降低,繁殖性能下降,嚴重影響了日本沼蝦的品質和產(chǎn)值,成為日本沼蝦養(yǎng)殖業(yè)發(fā)展的一大瓶頸。與精巢相比,卵巢發(fā)育需要消耗更多的營養(yǎng),使得雌性個體的

2、“性早熟”對日本沼蝦的養(yǎng)殖業(yè)產(chǎn)生的負面影響更大。造成雌性個體“性早熟”的因為尚未完全查明,有學者從養(yǎng)殖外部環(huán)境條件和營養(yǎng)調控的角度進行了探討,但均未涉及到卵巢發(fā)育提前啟動,即雌性“性早熟”的機理,查明蝦的卵巢發(fā)育機制將為解決這一生產(chǎn)難題提供理論基礎參考。
　　 甲殼動物卵巢發(fā)育過程中最顯著的變化是卵母細胞直徑的劇烈增大,這主要是由于卵巢內卵黃蛋白(yolk protein)等營養(yǎng)物質大量積累所致。甲殼動物卵黃蛋白的前體物質卵黃蛋

3、白原(vitellogenin,Vg)在卵子發(fā)育之初即啟動合成,合成后在體內被水解為卵黃蛋白沉積在卵母細胞中。有關甲殼動物Vg的合成和水解過程的影響和調控機制至今不十分清楚,但卵生脊椎動物這一過程的研究已做了大量細致的工作。卵生脊椎動物Vg的合成受體內外多種激素和多肽的調控,其中熱休克蛋白90(heat shock protein90,HSP90)和環(huán)境類雌激素雙酚A(BPA)和雌激素受體結合,誘導體內Vg合成,Vg合成后在水解酶的作用

4、下水解為卵黃蛋白,組蛋白酶L(canthepsin L,CL)和組蛋白酶B(Canthepsin B,CB)在這一水解過程中發(fā)揮著重要的作用。
　　 本研究借助分子生物學和生物信息學手段,首次克隆獲得日本沼蝦Vg基因cDNA片段、HSP90、CL和CB基因cDNA全長,分別命名為MnVg、MnHSP90、MnCL和MnCB。并測定了上述基因在日本沼蝦不同組織中、卵巢發(fā)育過程中及不同劑量BPA浸泡暴露下mRNA表達量的變化。研究結

5、果將為闡明日本沼蝦“性早熟”的產(chǎn)生過程,以及采取有效的控制手段提供必要的參考。
　　 主要研究結果如下:
　　 1、克隆獲得567bp的日本沼蝦MnVg片段,該序列共編碼183個氨基酸；這183個氨基酸序列與羅氏沼蝦(Macrobrachium rosenbergii)Vg蛋白的相似性高達95％,與朝鮮長額蝦(Pandalus hypsinotus)、凡納濱對蝦(Litopenaeus vannamei)、日本囊對蝦(M

6、arsupenaeus japonicus)、刀額新對蝦(Penaeus monodon)Vg蛋白的相似性分別為76％、52％、52％、51％；不同組織實時熒光定量PCR(qPCR)結果顯示:MnVg mRNA在日本沼蝦鰓、肌肉、血細胞、心臟、胸神經(jīng)節(jié)和腸中均有表達,胸神經(jīng)節(jié)中的表達量最高；卵巢和肝胰腺中Vg表達量隨著卵巢的發(fā)育逐步升高,當卵巢發(fā)育至次級卵黃發(fā)生期(Ⅳ期)時MnVg的表達量達到最大值,而且在卵巢發(fā)育過程中肝胰腺內MnVg

7、的表達量顯著高于卵巢內的表達量(p<0.05)。上述結果表明:日本沼蝦MnVg合成既有內源性又有外源性,且以外源性的合成為主,肝胰腺是日本沼蝦MnVg的主要合成器官。
　　 2、動物受到外界刺激,如熱刺激等,體內HSP90會大量合成,但是近年來的研究結果表明,HSP90不僅與熱休克等刺激有關,而且在卵生脊椎動物的卵巢發(fā)育過程中也具有重要的作用。雌二醇缺乏時,HSP90和雌二醇受體結合,從而促進Vg蛋白合成。本研究應用簡并引物通過

8、RACE法成功克隆了日本沼蝦MnHSP90基因cDNA全長序列。該序列全長2,684 bp,其中包括126 bp5’-UTR,2,199 bp ORF和359 bp3’-UTR(序列號:GU319963),ORF編碼732個氨基酸,該蛋白的分子量為84.3KDa。序列比對結果顯示MnHSP90氨基酸序列與其它動物HSP90氨基酸序列具有很高的相似性(72％-79％)。qPCR測定結果顯示,MnHSP90基因在日本沼蝦胸神經(jīng)節(jié)中表達量最高

9、,顯著高于其它組織(肌肉、腸、鰓和血細胞)(p<0.05),為其他組織的2-10倍；不同組織中,肌肉、腸、鰓中的表達量均較高,顯著高于雌蝦和雄蝦血細胞中的表達量(p<0.05)。卵巢和肝胰腺中的MnHSP90表達量隨著卵巢發(fā)育逐步升高,分別在初級卵黃發(fā)生期(Ⅲ期)和次級卵黃發(fā)生期(Ⅳ期)達到最大值。在卵巢整個發(fā)育過程中,肝胰腺中的MnHSP90表達量顯著高于卵巢(p<0.05)。上述結果不僅表明MnHSP90與日本沼蝦的卵巢發(fā)育有關,而

10、且進一步證明了肝胰腺是日本沼蝦卵黃蛋白原主要的合成器官,同時表明胸神經(jīng)節(jié)在日本沼蝦卵巢發(fā)育過程中發(fā)揮著重要的作用。
　　 3、在日本沼蝦的BPA安全濃度(12.06mg/L)上下范圍內,采用等對數(shù)的方法設定了5個暴露濃度組:5.01mg/L、7.76mg/L、12.056mg/L、18.62mg/L和28.84mg/L,將日本沼蝦分別浸泡暴露于上述濃度的BPA中,19d后測定其卵巢中MnVg和MnHSP90表達量的變化。測定結果

11、顯示MnVg和MnHSP90基因的表達量隨著BPA濃度的上升,先增加后降低,12.06 mg/L組MnVg和MnHSP90基因的表達量最高。即低濃度的BPA促進日本沼蝦卵巢MnVg和MnHSP90基因的表達,高濃度則抑制日本沼蝦卵巢MnVg和MnHSP90基因的表達。
　　 4、為了研究日本沼蝦卵黃蛋白原的水解過程,本研究在日本沼蝦卵巢EST序列的基礎上,通過RACE法成功克隆了日本沼蝦MnCL和MnCB基因全長cDNA序列。<

12、br>　　 序列分析結果表明,MnCL序列含有31 bp的5’-UTR,1029 bp的ORF和650 bp的3'-UTR(序列號:HM134078)。ORF共編碼342個氨基酸,此多肽N端具有18個氨基酸的信號肽和61個氨基酸的前導肽,成熟肽具有253個氨基酸,理論pI為5.25,分子量為37.7KDa。MnCL蛋白與斑節(jié)對蝦(Penaeus monodon)、黃粉蟲(Tenebrio molitor)和玉米象(Sitophilus

13、zeamais)CL蛋白相似性分別為73％、66％和66％。MnCL在測定的各組織(胸神經(jīng)節(jié)、心臟、鰓、腸)中的表達量均較高,顯著高于雌蝦血細胞中的表達量(P<0.05)。在測定的各組織中,心臟和肌肉中表達量最高,顯著高于其它組織(P<0.05)。在卵巢的發(fā)育過程中,肝胰腺中MnCLmRNA的表達量始終高于卵巢。卵巢中的MnCLmRNA的表達量隨著卵巢的發(fā)育逐步升高,當卵巢發(fā)育至次級卵黃發(fā)生期(Ⅳ期)時,表達量達到最大值。肝胰腺中的Mn

14、CLmRNA表達量在卵黃發(fā)生前期(Ⅱ期)和次級卵黃發(fā)生期(Ⅳ期)時表達量較高,其中卵黃發(fā)生前期(Ⅱ期)表達量最高。
　　 序列分析結果表明,MnCB序列含有12 bp的5’-UTR,996 bp的ORF和702 bp的3'-UTR(序列號:HM134079)。ORF共編碼331個氨基酸,此多肽N端含有16個氨基酸的信號肽和40個氨基酸的前導肽,成熟肽具有247個氨基酸組成,理論pI為6.36,分子量為36.5KDa。MnCB蛋白

15、與斑節(jié)對蝦(P.monodon)、埃及斑蚊(Aedesaegypti)和玉米根葉甲(Diabrotica virgifer)CB蛋白相似性分別為84％、65％和64％。MnCB基因在心臟中表達量最高,肌肉、肝胰腺和胸神經(jīng)節(jié)中表達量次之,腸、鰓和血細胞中的表達量較低。MnCB的表達量在卵巢的發(fā)育過程中逐步升高,卵巢發(fā)育至初級卵黃發(fā)生期(Ⅲ期)MnCB的表達量顯著增加,次級卵黃發(fā)生期(Ⅳ期)表達量繼續(xù)增加,但是與初級卵黃發(fā)生期(Ⅲ期)表達量