基于转录组分析的黄喉拟水龟性别调控相关基因的筛选及鉴定

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性别决定及调控机制一直以来都是遗传学、发育生物学和进化生物学的热点和前沿科学问题之一,因为大多数脊椎动物都是雌雄异体的。脊椎动物性别决定机制并不相同,遗传信息和环境因素是影响大多数脊椎动物性别决定的主要因子,按照性别决定成因主要分为两大类型:一,遗传性别决定(genetic sex determination,GSD);二,环境性别决定(environmental sex determination,ESD)。环境性别决定动物两性之间没有遗传差异,没有性染色体,其性别是由受精后其发育过程所处的环境条件所决定,主要存在一些两栖类和鱼类还有多数爬行类动物中。影响性别的环境因素主要包括温度、湿度、营养、激素、CO2、溶氧量、光周期和社会因素等等。其中温度依赖型性别决定(temperature-dependent sex determination,TSD)是环境性别决定中最普遍的性别决定模式,其性别决定背后的分子机制值得深入思考。Vasa,是目前研究最广泛的生殖细胞标记之一,对生物体内生殖细胞的发育和分化都起着至关重要的作用。vasa的缺失会导致大多数雄性脊椎动物的不育现象,在果蝇(Drosophila melanogaster)中则引起雌性不育。然而目前,vasa在龟鳖类动物性别决定的作用机制知之甚少。黄喉拟水龟是(Mauremys mutica)是我国重要的大宗淡水养殖龟类,具有较高的食用药用价值,前期研究表明黄喉拟水龟是TSD物种,高温孵化偏向产雌性,低温孵化偏向产雄性。本文以黄喉拟水龟为实验对象,开展了其雌雄性腺比较转录组学研究,筛选到一系列潜在的性别调控相关基因,探究了黄喉拟水龟不同年龄段的性腺发育情况以及生殖细胞的发生过程,对vasa在其生殖细胞发生过程的表达模式进行了初步分析,详细的工作内容如下:1. 黄喉拟水龟成体雌雄性腺转录组分析对成年黄喉拟水龟精巢和卵巢的RNA-seq测序,筛选预测了一些可能参与性别调控等生殖过程的基因,比如vasa,dmrt1,cyp17a1,hsf1,sox9,cyp19a1,hsd11b2,sox8。为揭示黄喉拟水龟TSD的分子机制奠定了基础。2. 不同发育时期的雌雄性腺切片观察研究根据对性腺的组织学观察,了解了精巢和卵巢的发育过程与生殖周期,对后续研究配子发生过程以及性别调控相关基因的表达分布提供了支撑。3. vasa的克隆及差异表达分析黄喉拟水龟vasa的c DNA序列长2666 bp,包含11 bp的5’非翻译区(UTR),1264bp的3’非翻译区(UTR)和1392 bp的开放阅读框(ORF),编码464个氨基酸。荧光定量结果表明,vasa m RNA特异表达于成体黄喉拟水龟腺中且精巢的表达量远高于卵巢。在胚胎中,第16期才能检测到vasa m RNA的表达,且在产雌温度(FPT)胚胎(33℃)中的vasa转录物水平显着高于产雄温度(MPT)胚胎(25℃)。4. vasa DNA的甲基化水平发现vasa启动子的甲基化水平在不同孵化温度不同发育阶段的胚胎中无明显差异,表明vasa在FPT胚胎表达量的增加可能是生殖细胞的增殖导致的。5. Vasa蛋白在黄喉拟水龟性腺中的表达分布根据荧光免疫结果显示,Vasa在精原细胞中表达较弱,在初级精母细胞中最高,其次是次级精母细胞,之后逐渐减少并集中在精子中的点,精子细胞和体细胞中几乎未检测到。在卵巢中Vasa蛋白主要在卵母细胞的早期表达,发育后期不表达。综上所述,vasa可能在黄喉拟水龟雄性生殖细胞分化中起关键作用。本研究为进一步发现vasa的表达分布与其在种间生殖细胞分化中物种特异性功能之间的相关性奠定了基础。为进一步阐明vasa在龟鳖动物生殖细胞分化和配子发生中的作用提供了支持,也对深入理解黄喉拟水龟TSD分子机制的演化具有重要意义。
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