高碱环境下瓦氏雅罗鱼相关分子及生理适应机制研究

来源 :东北林业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:green7116aaa
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
瓦氏雅罗鱼(Leuciscus Waleckii)为鲤科鱼类,是东北名优鱼类“三花五罗”之一,具有重要经济价值。与生活在淡水生态系统中的其他瓦氏雅罗鱼相比,内蒙古达里湖中生存的碱水型瓦氏雅罗鱼以其对54m M(p H9.6)HCO3–/CO32–碱性条件的高度耐受性而闻名,但其对高碱耐受的生理机制我们尚不清楚。本论文从鱼类生理学、分子生物学和组学等多角度入手探讨碱水型瓦氏雅罗鱼对高碱环境的相关适应机制。高碱环境直接影响鱼类渗透压和酸碱平衡。我们以接近达里湖的50m M碱度对不同碱耐受性的瓦氏雅罗鱼进行7天处理,将淡水型作为对比,分析两种类型瓦氏雅罗鱼在高碱耐受前后的血液p H值、血清离子(Na+,K+,Cl–和Ca2+)浓度、Na+/K+-ATP酶(NKA)活性及其m RNA表达水平的变化,同时分析鳃转运蛋白(NHE2/3、NBC1、AE1、NCC、NKCC1、SLC26A5和SLC26A6)的m RNA转录水平和部分关键蛋白表达丰度及其在鳃中的定位情况,以发现两者对高碱适应的不同,进而了解瓦氏雅罗鱼碱水型是如何调节机体渗透压和酸碱平衡以适应高碱环境。结果显示除血清Cl–和碳酸氢盐转运蛋白(如SLC26A5和SLC26A6)外,瓦氏雅罗鱼碱水型血清中Na+含量与NCC、NKCC1和NHE以及NKA和NBC1的m RNA表达水平之间关联密切。结合对SLC26A6等蛋白的Western blot和免疫荧光检测结果,我们推测碱水型瓦氏雅罗鱼具有较高的离子转运功能以确保其跨上皮Cl–和Na+的摄取与HCO3–的分泌,这得益于其具有能与基底外侧NKA协同作用的NBC1和其他顶端离子转运蛋白,尤其是可与其他转运蛋白(例如SLC26)协同作用的NCC。这表明瓦氏雅罗鱼碱水型已进化出强大能力可维持其离子渗透压和酸碱平衡,以更高效地促进其对高碱性环境的适应。高碱环境同时会导致鱼体氨氮排泄受阻。为探究碱水型瓦氏雅罗鱼在高碱环境中的排氨机制,我们比较了50m M碱度处理7天前后瓦氏雅罗鱼碱水型和淡水型的耗氧率、排氨率、血液及组织中氨氮与尿素氮含量,并检测排氨相关基因V型H+ATPase亚基ATP6V1A、RHBG和RHCG1的m RNA表达水平及关键蛋白的表达丰度和在鳃组织中的定位。结果表明瓦氏雅罗鱼碱水型和淡水型在处理前期均能通过增加体内无毒尿素氮含量来减少有毒氨的积累从而降低机体氨中毒风险,但在碱度处理后期碱水型能通过升高鳃中排氨相关蛋白RHBG和RHCG1的表达水平,增加ATP6V1A的m RNA表达水平来启动机体排氨,进而降低血液和组织中氨含量适应外界高碱环境。而SH则不能成功启动排氨,使得血液和组织中氨含量进一步升高,增加机体氨中毒风险。在碱水型瓦氏雅罗鱼对高碱环境适应过程中,许多关键基因发挥重要调节作用。前期转录组学分析发现大量与盐碱适应相关的差异表达基因,但在基因组水平上对高碱环境的适应性调节范围仍比较有限。以往研究证明,表观遗传调控可以帮助生物体在不改变DNA序列的情况下快速应答以适应外界胁迫环境,因此推测碱水型瓦氏雅罗鱼对高碱环境的适应可能是在表观遗传学水平上实现的。为筛选得到与调节瓦氏雅罗鱼高碱适应过程密切相关的lnc RNAs,我们对50m M碱度处理下20天的瓦氏雅罗鱼碱水型鳃和肾组织进行高通量测序,并增设30m M和0m M实验组以便于差异表达lnc RNA的筛选。测序共获得159亿个clean reads,从中鉴定出41248个lnc RNAs转录本,其中外显子的平均数目为4.8个,平均长度为2079bp。通过进一步对lnc RNAs转录本进行差异表达分析,在鳃3比较组中共发现显著差异表达的lnc RNAs转录本5244个,肾中发现6571个。与lnc RNAs表达模式相关的编码基因的GO和KEGG富集,GO分析表明,大量lnc RNAs富集于“transporter activity”、“response to stimulus”、“binding”等terms,KEGG结果分析显示代谢途径明显富集,如:“metabolic pathways”、“carbon metabolism pathway”等途径被显著富集。我们随机选择16个lnc RNAs转录本进行q PCR检测,验证结果与测序结果趋势一致。进一步分析发现,与编码基因Rhcg1共定位的转录本LNC_023391在不同碱度均显著差异表达,暗示其对Rhcg1可能具有重要调控作用。初步验证表明LNC_023391确实是转录本序列,而非基因组片段,且仅在鳃中有表达。扩增共获得转录本长度3674bp,对其编码潜能预测结果为非编码序列。根据生物信息学预测结果推测,LNC_023391可能对Rhcg1表达过程中的m RNA稳定性起到重要调控作用。测序结果发现大量与显著差异表达lnc RNAs表达模式相关的编码基因与酸碱平衡、离子转运和氨氮排泄等调节密切相关,表明lnc RNAs对相关基因的调控在瓦氏雅罗鱼的高碱适应性过程中可能起到重要作用。本论文为瓦氏雅罗鱼碱水型在适应极端碱性条件过程中的渗透压与酸碱平衡调节和氨外排调节提供了调控模型,并推测lnc RNA可能在瓦氏雅罗鱼高碱适应过程中对其中关键基因起到重要调控作用。这一研究将为后续深入解析瓦氏雅罗鱼盐碱耐受机制,培育耐碱新鱼种提供坚实基础。
其他文献
小蜂科Chalcididae隶属于膜翅目Hymenoptera,小蜂总科Chalcidoidea,作为农林害虫的寄生性天敌,对害虫的自然抑制起到重要作用,也是一类极其重要的生物资源。本研究通过对中国小蜂科的整理和研究,对其进行分类鉴定,丰富我国生物多样性,为生物防治研究提供充足的理论基础。本研究在东北林业大学昆虫标本室的馆藏标本基础上,通过在学习期间本人及实验室成员利用网扫采集、黄盘诱集、马氏网采
学位
为应对干旱环境,植物进化出了一套复杂的调控机制。因此,深入了解植物是如何响应干旱胁迫及分子机理尤为重要。长链非编码RNA(long noncoding RNA,lnc RNA)广泛分布于植物基因组中,但关于lnc RNA在木本植物中的抗逆调控机制研究相对较少。本研究鉴定的一个受干旱诱导的lnc RNA,命名为lncW20,提示其可能参与白桦(Betula platyphylla)的抗旱调控。分析l
学位
采用植物病理学、菌物学、分子生物学及生物化学等方法,用引进于英国的11株生防菌株对松材线虫(Bursaphelenchuh xylophilus)进行灭杀筛选试验,从中筛选出具有高效杀线作用的生防菌株PL7,并利用其发酵液萃取物对松材线虫进行灭杀试验、室内生物测定等研究;同时对PL7进行分类地位验证、生物学特性测定、安全性检测和萃取物对松材线虫生理指标影响的研究,研究结果表明:(1)11株生防菌株
学位
粗木质残体(Coarse Woody Debris,CWD)是森林生态系统重要的功能和结构组成部分,在森林生产力、养分循环、分解、生物多样性和固碳等方面发挥着重要的作用,并形成了森林生态系统的碳库。在过去的几十年里,大量的研究试图将粗木质残体的特征与森林演替、群落组成、养分循环和森林管理联系起来。然而,人们对粗木质残体的生态化学计量及其元素组成研究较少。粗木质残体被认为对位于其下土壤的影响的基本机
学位
大兴安岭北部地区是我国唯一的高纬度寒温带林区,是国家重要的生态功能区和生态敏感区。白桦(Betula platyphylla)是大兴安岭地区分布面积最广的阔叶树种,同时也是该区森林天然更新的先锋树种,在该区域具有不可替代的生态地位。本研究以大兴安岭北部25 a、40 a与61 a白桦(Betula platyphylla)林生态系统为研究对象,研究其碳氮储量及分配特征、光合固碳过程碳氮耦合特征、凋
学位
人类活动和气候变化影响下,河流的断流枯竭、水质恶化以及自然河道改变已经成为损害河流生态系统健康发展的影响要素。松花江流域是我国七大流域之一,其源头流域地处于长白山国家自然保护区,生态价值巨大,发源地长白山天池也是中朝的界湖,松花江源头流域的河流健康状况直接影响到中国东北地区人们的生产生活,也关系国内外的用水安全。以往研究缺乏对松花江源头流域长期水文、水质及环境因子演变规律及耦合关系的分析,也没有建
学位
Dof基因家族是植物特有的一类转录因子,在植物的许多生物过程中发挥着重要作用。OBP1是Dof家族D2亚族成员,前期实验发现OBP1在草本植物次生细胞壁形成过程中有生物学功能。本研究通过对毛果杨Dof基因家族生物信息学分析和RNA-Seq数据分析,选出与At OBP1同源的Ptr OBP1基因作为研究对象,对其基本特性、次生细胞壁(secondary cell wall,SCW)形成中的生物学功能
学位
植物在生长发育过程中经常受到不良环境的影响。为了生存和适应环境,植物进化出多种应答逆境胁迫的信号转导途径和复杂的生理生化机制。HD-ZIP是植物特有的转录因子,广泛参与植物生长发育和胁迫应答过程。以往有许多关于HD-ZIP家族基因影响叶片发育、开花时间、不定根生长、茎的伸长和分蘖等方面的研究,而有关杨树HD-ZIP家族基因抗旱耐盐功能的研究却鲜有报道。本研究以小黑杨(Populus simonii
学位
扁锦藓属(Glossadelphus M.Fleisch.)由Fleischer于1923年建立,是一个泛热带分布的灰藓目的小属,约有20个物种。该属被认为是一个异质性的属,与偏蒴藓属(Ectropothecium)、鳞叶藓属(Taxiphyllum)、麻锦藓属(Taxithelium)等属的界限模糊。基于属的模式种相同,1987年Buck建议不再使用扁锦藓属,而采用早期发表的叶齿藓属(Phyll
学位
林木的次生细胞壁发育受到环境、激素和调控因子等多方面的影响,而转录因子在其中发挥着重要的作用。ERF家族基因是植物特有的转录因子家族之一,在植物的生长发育中发挥着重要的作用。本研究发现一个与木材形成密切相关的PagERF110基因,其生物功能尚不清楚。利用84K杨(Populus alba×P.glandulosa)为材料,通过分子生物学、解剖学方法鉴定PagERF110的分子功能及其调控林木次生
学位