miR-430对黄鳝类固醇生成和精巢发育的分子调控机制

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黄鳝(Monopterus albus)是雌雄同体,具备天然性逆转特点的硬骨淡水鱼。黄鳝雌性个体小,并且出现性逆转,严重影响了黄鳝的繁殖力,极大的限制了黄鳝人工繁殖的规模和水平。性腺是种群繁殖的基础,性激素是影响性腺发育和分化的重要因素。雌激素和雄激素的平衡反应促进鱼类性腺发育、分化和性逆转,决定了鱼类的性别,因此解析鱼类性别决定的分子调控机制能够为鱼类人工繁育提供理论基础,促进渔业增产。micro RNA是生物体内合成的一类不编码蛋白质的短链RNA,结合靶m RNA 3’端非编码区(3’UTR),进而干扰靶m RNA。miRNA参与调控性腺发育、分化和性逆转等一系列的生理代谢过程,miRNA的表达水平在性腺发育不同时期存在明显的差异。作为被广泛研究的miRNA之一,miR-430参与了配子形成、原始生殖细胞(PGC)的迁移等重要的生殖发育过程。目前虽然已对黄鳝性别差异的miRNA进行了筛选,但仍未对miRNA-430调控黄鳝类固醇生成、性腺发育和分化的相关分子机理进行阐明。因此,对miR-430调控网络的深入研究有助于解析黄鳝类固醇生成、性腺发育及性逆转的分子调控机制,并为使用分子手段进行人工繁育提供新的理论依据。本文首先通过显微注射miR-430模拟物和抑制剂,利用高通量测序探讨黄鳝幼鱼转录本表达模式及miR-430参与早期调控类固醇生成作用的调控机制。其次,通过腹腔注射miR-430模拟物和抑制剂,借助转录组学和蛋白组学的分析,从转录和蛋白水平揭示了过表达和敲降miR-430后黄鳝精巢的表达模式和精巢类固醇生成和精巢发育的调控机制。最后,通过分子克隆和生物学的手段,分析miR-430参与黄鳝类固醇生成和性腺发育的潜在调控途径。本研究论文主要结果如下:1 miR-430靶向调控cyp19a1b影响黄鳝早期类固醇生成相关基因表达黄鳝胚胎分别显微注射miR-430过表达模拟物(agomir430a、agomir430b和agomir430c)或miR-430敲降抑制剂(antagomir430a、antagomir430b和antagomir430c)后,RNA-seq结果显示,差异基因显著富集到Gn RH、Erb B、Wnt、PPAR和PI3K-Akt等与类固醇生成相关的信号通路;类固醇生成相关基因17β-hsdb3、17β-hsdb7、17β-hsdb12和cyp19a1b在miR-430敲降组显著下调,表明miR-430可以改变类固醇生成和性腺发育相关基因,在转录水平上介导黄鳝的类固醇生成;miR-430可能通过靶向调控cyp19a1b直接或通过靶向调控foxl2间接调控cyp19a1b促进类固醇激素的生成和生物合成。2 miR-430靶向调控cyp17影响黄鳝精巢类固醇生成和性腺发育通过雄性黄鳝成鱼腹腔注射miR-430过表达模拟物或miR-430敲降抑制剂后,结果显示,miR-430可在转录水平上影响Steroid hormone biosynthesis、Erb B、TGF-beta、Wnt信号通路上的基因表达,在蛋白水平上影响Progesterone-mediated oocyte maturation、Oocyte meiosis、Wnt、Steroid hormone biosynthesis信号通路上的蛋白表达;miR-430可改变类固醇生成与性腺发育相关基因star、cyp17、sf-1、wt-1、amh、sox9、foxl3、hsd17b7、hsd17b4、hsd11b2、cyp11a1和相关蛋白CYP17A1、AMH、HSD17B14、HSD17B1、3Beta_HSD、HSD17B8、HSD17B4、CYP11A1、AR的表达量;miR-430可能通过靶向调控cyp17直接调控黄鳝精巢类固醇生成作用和性腺发育。3 miR-430分子结构和与类固醇生成相关靶基因验证本研究克隆得到了黄鳝miR-430两个构型miR-430a和miR-430c的前体序列,这两个前体序列可以折叠为3’端包含成熟序列的经典茎环结构。为验证miR-430靶基因,首先获得靶基因cyp17、cyp19a1b和foxl2的3’UTR,构建野生型(WT)重组质粒,并突变cyp17、cyp19a1b和foxl2与miR-430结合位点,构建突变型(MUT)重组质粒。miR-430与WT共转染后,海肾荧光素酶活性明显被抑制;然而,miR-430与MUT共转染后,海肾荧光素酶活性无显著性变化。从而证明cyp17、cyp19a1b和foxl2是miR-430的靶基因。
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