【摘 要】
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在甲壳动物个体生长和发育过程中,蜕皮是其标志特征,受神经内分泌系统的调节。甲壳动物蜕皮级联通路与其生长、变态、蜕壳和繁殖有着密不可分的联系。甲基法尼酯(Methylenefarnesoate,MF)是一种重要的内分泌激素,在甲壳动物蜕皮级联信号通路中发挥着重要作用,参与调节甲壳动物蜕皮、生长发育与繁殖等过程。本研究以中华锯齿米虾Neocaridina denticulata sinensis为研究
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在甲壳动物个体生长和发育过程中,蜕皮是其标志特征,受神经内分泌系统的调节。甲壳动物蜕皮级联通路与其生长、变态、蜕壳和繁殖有着密不可分的联系。甲基法尼酯(Methylenefarnesoate,MF)是一种重要的内分泌激素,在甲壳动物蜕皮级联信号通路中发挥着重要作用,参与调节甲壳动物蜕皮、生长发育与繁殖等过程。本研究以中华锯齿米虾Neocaridina denticulata sinensis为研究对象,通过生物信息学整合基因组与转录组的数据信息,筛选并克隆了MF生物合成过程的关键基因。从基因水平、蛋白质水平和个体表型等多维度进行实验与分析。利用RNA干扰(RNA interference,RNAi)技术,结合差异表达谱与代谢通路分析,研究MF生物合成过程的关键基因在蜕皮级联通路中的作用和分子调控机制。本研究对于甲壳动物蜕皮级联信号通路这一复杂过程中的分子作用机制阐述具有重要意义,并为解决甲壳动物养殖中遇到的蜕皮次数过频,性早熟等问题提供新思路。1、MF合成通路关键基因的克隆与鉴定利用生物信息学手段结合中华锯齿米虾转录组与基因组注释信息,筛选出MF合成通路中的4个关键基因,候选序列在NCBI Nr数据库中进行初步鉴定。克隆了中华锯齿米虾的3-羟基-3-甲基戊二酸单酰辅酶A还原酶(3-hydroxy-3-methyl glutaryl coenzyme A reductase,HMGR),法尼基焦磷酸合酶(farnesyl pyrophosphate synthase,FPPS),法尼酸甲基转移酶(Farnesoic acid O-methylransferase,FAMe T),保幼激素酸甲基转移酶(Juvenile hormone acid O-methyltransferase,JHAMT),分别命名为Nd HMGR,Nd FPPS,Nd FAMe T,Nd JHAMT。对这四个关键基因进行了序列分析与组织表达的鉴定。2、中华锯齿米虾法尼酸甲基转移酶的蛋白分析与RNA干扰法尼酸甲基转移酶(FAMeT)催化FA生成MF,是MF生物合成过程的关键限速酶。构建Nd FAMe T重组表达质粒,在原核表达系统中表达获得了重组蛋白,并对蛋白进行纯化、SDS-PAGE检测以及酶活力验证。为了进一步研究NdFAMeT功能,利用dsRNA干扰技术,注射ds Nd FAMe T后对其基因敲降效率和酶活变化进行检测,结果显示ds RNA干扰后,Nd FAMe T的相对表达量降低超过90%,酶活下降13%。对中华锯齿米虾的蜕皮周期进行了分期后,对RNA干扰后的中华锯齿米虾个体进行显微观察,判断Nd FAMe T的敲降并未阻止中华锯齿米虾的蜕皮。3、RNAi介导的FPPS敲降对中华锯齿米虾卵巢转录组与代谢通路的影响法尼基焦磷酸合酶(FPPS)是MF和JH生物合成途径中的关键酶。为了研究中华锯齿米虾Nd FPPS的功能,利用RNA干扰技术,对Nd FPPS进行敲降。通过卵巢转录组分析,对注射ds Nd FPPS实验组(E1,E2,E3)和对照组(C1,C2,C3)的差异表达基因进行比较、注释和富集分析。构建了6个DNA文库,E1-E3,C1-C3的测序数据分别为7.23 G,6.41 G,6.89 G,6.95 G,6.47 G,6.99 G。RNA-seq产生281,427,802条raw reads,质量控制后,剩下272,902,124条clean reads和40.94 G clean bases,碱基Q30(Phred>30的值)值大于92%,对clean reads进行组装获得了29844个unigenes。根据FPKM值在实验组与对照组中共鉴定出9,230个差异基因,其中上调基因5,082个,下调基因4,148个。差异基因一共富集到了761条GO term,显著富集到的30条GO term中,下调基因的数目明显更多,表明Nd FPPS的敲降影响了中华锯齿米虾的许多生理过程。富集到了102条KEGG通路,其中包括4条与蜕皮相关通路,4条卵巢发育相关通路,在下调基因最显著富集的20个KEGG通路中包含这些通路,表明Nd FPPS的敲降影响了中华锯齿米虾的蜕皮、卵巢发育与生殖等过程。
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