基于线粒体COI与16S rRNA基因序列探讨贻贝属的系统发育

比较分析了贻贝属5个种的线粒体DNA COI及16S rRNA基因片段序列,确定了贻贝属的系统进化关系。以翡翠贻贝（Perna viridis）和条纹隔贻贝（Septifer virgatus）为外群,基于距离法（NJ）、最大简约法（MP）、最大似然法（ML）、贝叶斯演绎法（BI）及贝叶斯联合模型分析法构建分子系统树。系统发育分析结果表明,5种贻贝[Mytilus edulis,紫贻贝（M.galloprovincialis）,盖勒贻贝（M.trossulus）,厚壳贻贝（M.coruscus）,加州贻贝（M.californianus）]在系统树上聚为2支。加州贻贝最为原始,厚壳贻贝次之。其中,紫贻贝和M.edulis具有很近的亲缘关系,而厚壳贻贝和加州贻贝的亲缘关系近。研究结果为贻贝属物种进化、迁移及其育种研究提供了理论基础。     

厚壳贻贝抗菌肽Mytilin的初步鉴定

厚壳贻贝是我国具有重大经济价值的水产养殖贝类,对其抗菌肽的研究有助于人们了解厚壳贻贝的免疫机制。为了解厚壳贻贝血清中抗菌肽Mytilin的分子组成和特性,采用多维高效液相色谱对厚壳贻贝血清进行分离纯化,从中获得3种对革兰氏阳性菌以及阴性菌均有抑制作用的抗菌肽分子,序列分析表明3种抗菌肽具有较高的序列相似性,均属于贻贝抗菌肽Mytilin家族,分别命名为Mytilin-1,Mytilin-2和Mytilin-3。其中,Mytilin-1为34个氨基酸残基构成的多肽,其分子量为3885.17u,含8个半胱氨酸,形成4对二硫键。根据所测Mytilin-1的氨基酸序列设计特异性引物,通过菌落PCR方法筛选厚壳贻贝cDNA文库,获得Mytilin-1的cDNA基因并进行了序列分析。以上研究结果表明,作为贻贝的主要抗菌肽家族,Mytilin在厚壳贻贝血清中具有较高丰度,对其蛋白质序列以及基因序列的研究为深入了解厚壳贻贝Mytilin抗菌肽的分子多样性奠定了基础。     

厚壳贻贝Wnt4基因时空表达

为探究Wnt4基因在厚壳贻贝幼虫发育阶段和组织生长过程中的作用,通过RACE技术克隆了厚壳贻贝Wnt4基因c DNA全长序列,该序列全长3342 bp,开放阅读框为1074 bp,编码357个氨基酸。该序列与人、小鼠、海胆、栉孔扇贝和长牡蛎等物种的同源性分别为61%、61%、60%、71%和76%。通过实时荧光定量PCR(q RT-PCR)分析Wnt4基因在厚壳贻贝成体多个组织中(外套膜、闭壳肌、鳃、雌雄性腺、足和消化腺)均有表达,其中在外套膜中表达量最高,推测可能与贝壳形成有关;Wnt4基因在厚壳贻贝幼虫发育阶段高表达主要集中在壳顶期,并推测Wnt4基因可能参与了贝壳形态结构发生转变的过程以及某些器官的形成与发育。本研究为进一步开展双壳贝类Wnt基因家族的功能研究提供了理论依据。     

热休克及菌胁迫对厚壳贻贝HSP70基因表达的影响

70 ku的热激蛋白(HSP70)具有细胞内分子伴侣和细胞外免疫调节功能,是受到热激、重金属、干旱、疾病、寄生虫感染等条件胁迫后产生的诱导蛋白。本实验利用同源克隆法,获得厚壳贻贝HSP70基因1 700 bp的核心序列,BLAST比对和系统进化分析显示,该序列与已知的双壳贝类相应分子高度同源,其中与紫贻贝HSP70基因相似性高达96%,在进化树中两者位于同一分支。37 ℃热激后,厚壳贻贝肝胰腺和鳃中HSP70基因的表达快速上调,2 h即达到对照组30倍,随后持续上升,肝胰腺中最高表达量达到对照组100倍,说明厚壳贻贝HSP70分子为典型的热诱导蛋白。鉴于大肠杆菌及枯草芽孢杆菌是水体中常见微生物,进一步利用实时荧光定量PCR技术检测上述两种细菌感染后,HSP70基因在厚壳贻贝鳃和肝胰腺中的表达水平,结果显示,两种细菌均可引起厚壳贻贝鳃和肝胰腺的HSP70基因表达上升,但大肠杆菌诱导效应显著,8 h时表达量达到最高,鳃为对照组的4倍,肝胰腺为4.5倍,随后逐渐下降,到48 h已恢复到原始水平;枯草芽孢杆菌刺激后,肝胰腺组织中最高表达量在刺激后6 h约为对照组2.5倍,与注射PBS的效果相差不大,鳃组织的响应较肝胰腺组织明显,表达量缓慢升高,8 h达到最高,为对照组4倍,随后迅速下降,直至生理水平。研究表明,厚壳贻贝HSP70分子在调节环境胁迫及宿主免疫防御中具有重要功能。     

缢蛏β-ACTIN-1基因的分子特性及其表达分析

为研究缢蛏功能基因的表达调控,利用SMART cDNA文库构建试剂盒成功构建了缢蛏肝脏组织的标准化cDNA文库。对随机选取的5 679个克隆进行随机测序,比对、筛选出2条β-actin同源序列,对其中一条EST序列两端进行扩增、测序,然后进行5′RACE(rapid amplification of cDNA ends,RACE)扩增、测序,拼接得到全长cDNA序列,命名为β-ACTIN 1。该序列全长为1 552 bp,包括73 bp的5′非翻译区和348 bp的3′非翻译区,以及1 131 bp的开放阅读框。阅读框共编码376个氨基酸,推算分子量约为41.95 ku,理论等电点为5.23。与其他7种软体动物的氨基酸序列进行比对发现,β-ACTIN 1基因的氨基酸序列中Ile179、Glu229、Ser232、Pro236、Ile248、Asn272、Cys273、Val283、Ser320、Ser325、Val330、Pro339等12个氨基酸残基具有特异性;同时发现缢蛏β-ACTIN 1氨基酸序列与其他软体动物的相似性高达97%以上。系统进化分析显示,缢蛏首先与软体动物聚在一起,然后与节肢动物聚在一起,再依次与鱼类、两栖类、哺乳类聚在一起。荧光定量PCR检测结果显示,β-ACTIN 1基因在缢蛏各组织中的表达及鳗弧菌诱导后的表达均不稳定,不适合作为内参基因。     

厚壳贻贝抗菌肽mytilin和myticin的cDNA基因的克隆与序列分析

抗菌肽是贻贝免疫系统中的一个重要组成部分,也是目前海洋生物抗菌肽研究的重要内容。在贻贝抗菌肽家族中,mytilin和myticin是目前贻贝抗菌肽研究中发现成员最多,丰度最高的两个家族,在贻贝免疫系统中占有重要的地位。为了解厚壳贻贝抗菌肽mytilin和myticin的基因组成及其多样性机制,通过设计特异性引物,以厚壳贻贝血细胞cDNA文库为模板进行PCR扩增以筛选文库,共克隆到8条mytilin的同源cDNA序列和9条myticin的同源cDNA序列,并对其基因序列及推导的氨基酸序列进行了序列比对和变异位点初步分析。上述研究为将来深入研究厚壳贻贝的免疫机制及筛选具有开发价值的抗菌肽分子奠定了理论基础。     

厚壳贻贝5-羟色胺2A受体(5-HT2AR)基因克隆和时空表达

为探究5-羟色胺2A受体（5-HT 2A receptor， 5-HT2AR）基因在海水贝类生长发育中的作用，本研究通过RACE技术和实时荧光定量PCR（qRT-PCR）克隆了厚壳贻贝5-HT2AR 基因的cDNA全长，并分析该基因的时空表达。结果显示，5-HT2AR基因全长2 636 bp，开放阅读框（ORF）2 124 bp，共编码707个氨基酸。序列分析结果显示该序列与人、小鼠、斑马鱼、长牡蛎和虾夷扇贝等物种分别具有45%、45%、48%、49%和67%的同源性。厚壳贻贝雌雄成体各组织和器官中均有5-HT2AR基因表达，雄性中的鳃表达量最高，而在雌性鳃、外套膜和性腺中的表达稍高于其他组织和器官；推测该基因可能与厚壳贻贝的摄食、对外界环境的感知及促进卵母细胞成熟有关。5-HT2AR基因在厚壳贻贝各发育阶段均有表达，且稚贝的表达量为眼点幼虫的1.4倍，推测5-HT2AR基因可能参与了调控厚壳贻贝幼虫的生长发育过程。本研究为进一步了解5-HT基因家族在双壳贝类中的功能奠定了基础。     

厚壳贻贝MyD88-4基因的生物学特性及其对沙氏弧菌的免疫应答

为理解髓样分化因子88(myeloid differentiation factor 88, MyD88)基因的生物学特性以及对细菌胁迫的响应,本研究克隆了厚壳贻贝MyD88基因(命名为McMyD88-4)cDNA全长序列,其全长3 930 bp,开放阅读框2 607 bp,编码868个氨基酸。其中,13～109位的氨基酸序列为死亡结构域(death domain,DD),347～481位的氨基酸序列为TIR(toll/interleukin-1 receptor)结构域,TIR结构域包含3个高度保守的区域Box 1、Box 2和Box3;McMyD88-4蛋白的空间结构包含6个α螺旋(α-helix)和4个β折叠(β-sheet)。同源性分析显示,McMyD88-4蛋白序列与长牡蛎MyD88最相似,其一致性和相似性分别为60%和77%;其次,与虾夷扇贝、海湾扇贝和菲律宾蛤仔相似度较高,其一致性和相似性分别为40%～51%和58%～67%。系统进化树结果显示,McMyD88-4先与长牡蛎和扇贝聚为一支,然后与黑腹果蝇聚为一支,脊椎动物单独聚为一支。实时荧光定量PCR(qRT-PCR)检测发现,McMyD88-4基因在厚壳贻贝各组织和器官中均有表达,其中在外套膜和鳃中的表达量最高,而血细胞中表达量最低。厚壳贻贝经沙氏弧菌感染后,McMyD88-4基因表达量在免疫相关组织中急剧上升,分别在感染后3和6 h达到峰值,且在消化腺中的上调水平显著高于鳃和外套膜。研究表明,McMyD88-4在厚壳贻贝抵御外界病原体侵染过程中,尤其是弧菌感染方面发挥重要作用。     

三角帆蚌CAT基因cDNA全长克隆及表达分析

采用RT-PCR和cDNA末端快速扩增技术(rapid amplification of cDNA ends,RACE)首次克隆了三角帆蚌过氧化氢酶(CAT)基因的cDNA全长序列,为2 804 bp,包含112 bp的5′非翻译区(untranslated region,UTR),1 303 bp的3′UTR和1 388 bp的开放阅读框(open reading frame,ORF)。ORF区共编码462个氨基酸,推算的分子量约为52.7 ku,理论等电点为6.35。多序列比对结果显示,有一段CAT氨基酸高度保守的催化位点序列FDRERIPERVVHAKGAG。三角帆蚌CAT基因有12个与还原型辅酶Ⅱ(NADPH)结合的氨基酸残基,分别是Asp107、His153、Phe157、Ser160、Arg162、Asn172、Try174、Lys196、Val261、Trp262、His264和Try317,其中第261位和第264位的氨基酸在不同物种间有所区别。比对结果得到的三角帆蚌CAT基因的氨基酸序列,与软体动物的CAT基因相似性高达99%,与虾类、鱼类、两栖类、哺乳类的CAT基因相似性也达到98%~99%,可推断属于CAT3。利用CAT基因推断得到的氨基酸序列构建NJ系统树,分析显示三角帆蚌首先与软体动物聚在一起,再与虾类聚在一起,然后依次与鱼类、两栖类和哺乳类聚在一起。荧光定量结果显示,CAT基因在三角帆蚌的7个组织均有表达,其中在肾中的表达量极低,在血液中表达呈上调趋势且明显区别于其他组织,在另外5个组织中总体上呈现不统一的先上调后下调的趋势。     

海带配子体中孢子形成相关蛋白(SRP)基因的克隆及其原核表达

从已构建好的海带雄配子体抑制消减cDNA文库中,通过Southern点杂交及序列分析,发现一未知功能的差异表达基因片段(克隆b9)。首先根据该克隆序列设计基因特异性引物,利用cDNA末端快速扩增技术,自雄配子体中克隆了一条长831 bp的cDNA序列,其中开放阅读框450 bp,5′-非翻译区182 bp,3′-非翻译区199 bp且具有明显的poly(A)尾巴。同样利用PCR方法自雌配子体中克隆了该基因的cDNA序列,它与雄配子体的完全一致。蛋白同源搜索结果显示,该基因编码蛋白与点形念珠藻含有SpoIID/LytB结构域蛋白(SpoIID/LytB domaincontaining protein:一种孢子形成时起作用的蛋白质)具有30%相似性,故暂命名为孢子形成相关蛋白基因(sporulationrelated protein gene,srp)(GenBank登录号:EF490313)。然后构建了srp基因原核表达载体pET-28a-srp,并将其转化至大肠杆菌BL21中进行表达,获得了分子量大小约19.3 ku的目的蛋白,且表达量与诱导物IPTG的量成正比。通过高效液相色谱-质谱分析证实,重组蛋白的氨基酸序列与推测的目的蛋白一致。最后纯化重组了SRP蛋白并制备其多克隆抗体,利用该抗体并运用Western印迹技术,在海带配子体中证实SRP蛋白的存在。     

紫贻贝和厚壳贻贝杂交及F1代杂交优势初探

2005年-2007年对紫贻贝和厚壳贻贝种间进行了杂交生产性试验，通过亲贝强化培育、确认雌雄亲贝、改革育苗水体交换方法、投喂混合单细胞藻类、流水培养附着稚贝等技术，获得F₁代。结果表明，各试验组生长特性，正交F₁代﹥紫贻贝﹥厚壳贻贝﹥反交F₁代。其中正交F₁代获附着稚贝3.77亿粒，平均壳长为1.13 mm、平均壳高为0.78 mm，育苗成活率达35.57%。正交F₁除在孵化率上低于紫贻贝、厚壳贻贝外，在壳长、壳高、成活率等方面指标具有一定杂交优势，而反交F1代的杂交优势不明显。     

硅烷化表面海洋细菌对厚壳贻贝稚贝附着的影响

为探讨厚壳贻贝稚贝对自然微生物膜中海洋细菌的附着行为反应,本论文研究了厚壳贻贝（Mytilus coruscus）稚贝附着与硅烷基化附着基表面、微生物膜密度以及细菌种属系统发育之间的相互关系。研究表明所测海洋细菌均能显著促进厚壳贻贝稚贝的附着;其中Staphylococcus sp. 1和Cobetia sp. 1表现出较低诱导活性,且这两株细菌形成的微生物膜密度与稚贝附着率之间无显著相关性;其他7株海洋细菌均表现出中等程度诱导活性,且所形成的微生物膜密度与稚贝附着率之间呈显著相关性。系统发育分析表明所测海洋细菌对厚壳贻贝稚贝附着的诱导活性与细菌种属无关。因而,硅烷基化表面的海洋附着细菌对厚壳贻贝附着有着显著性促进作用,本研究将为后续开展厚壳贻贝稚贝附着机制奠定了基础。     

维生素B7和B12对细菌生物被膜形成及厚壳贻贝幼虫变态的影响

为探究B族维生素对海洋细菌生物被膜形成、海洋贝类幼虫变态所产生的作用,本研究首先使用维生素B7 (VB7)和B12 (VB12)直接刺激厚壳贻贝(Mytilus coruscus)幼虫,观察其对变态的直接诱导活性;然后通过添加VB7和VB12,与海假交替单胞菌(Pseudoalteromonas marina)共同形成生物被膜,分析B族维生素对生物被膜形成及其生物学特性的影响;同时检测生物被膜变化对厚壳贻贝幼虫变态发育的影响。研究结果显示,0.02 mmol/L浓度VB7和VB12可以直接诱导厚壳贻贝幼虫的变态,且效果最为显著(P<0.05);0.02 mmol/L浓度VB7和VB12处理后的海假交替单胞菌生物被膜对幼虫附着变态的诱导作用均显著提高(P<0.05);进一步通过细菌密度计数、膜厚度分析、可拉酸染色和定量等方法,揭示VB7和VB12处理后生物被膜细菌密度、膜厚度以及胞外多糖、蛋白和脂质均显著增加(P<0.05)。研究结果证实,VB7和VB12可能通过改变海洋细菌生物被膜的生物学特性,进而调控厚壳贻贝幼虫变态发育。本研究为探究厚壳贻贝幼虫附着变态的分子机制提供了新的理论依据和创新思路,同时为B族维生素在提高厚壳贻贝人工育苗技术、改善厚壳贻贝养殖产业问题和促进海洋牧场生态修复建设等方面的应用提供了理论基础。     

厚壳贻贝早期幼虫低温保存的影响研究

探讨低温(4 ℃)条件下的厚壳贻贝早期幼虫保存可能性,同时调查了不同培育密度对低温保存的影响。在正常条件下,继续培育低温保存后的幼虫,并调查其存活率和生长的变化。 结果表明,在低温保存后,早期幼虫存活率较高,超过95%;厚壳贻贝早期幼虫的壳长和壳高出现显著性的增长。不同培育组间,培育密度对厚壳贻贝早期幼虫的存活和生长影响不同,表明密度是幼虫低温保存的一个重要因素。在正常培育条件下,低温保存后的幼虫,3周后其存活率明显低于对照组,但仍超过50%,且其生长速度明显高于对照组。因此,低温培育是保存厚壳贻贝早期幼虫的有效方法,可用于今后贝类幼虫生物学实验和人工育苗技术的改善研究。     

厚壳贻贝不同组织中的微生物群落结构

为了解厚壳贻贝（Mytilus coruscus）各组织中微生物的分布差异,本实验在Illumina MiSeq 测序平台利用16S rDNA克隆子测序（V3-V4区）对嵊泗养殖贻贝的血淋巴、消化腺、肾脏、鳃、外套膜、性腺和足等7种组织中的微生物群落结构进行分析,并比较组织间微生物的多样性差异。结果显示,21个样本平均产生36,860条高质量序列。血淋巴共有1,237个OTU,其次是消化腺（1,014个OTU）和肾脏（1,015个OTU）,性腺最少（仅有553个OTU）。尽管血淋巴OTU数最高,但仅有9个独有OTU。肾脏拥有最多172个独有OTU,消化腺次之（144个独有OTU）。所有组织中均以变形菌门（Proteobacteria）、拟杆菌门（Bacteroidetes）和疣微菌门（Verrucomicrobia）为主要菌群。Alpha多样性指数分析显示血淋巴、消化腺和肾脏微生物多样性最高。以上结果表明,厚壳贻贝微生物存在一定的组织差异性,这将为今后深入阐释厚壳贻贝与微生物之间的相互作用及其调控机理奠定基础。     

中湿度表面的海洋细菌对厚壳贻贝稚贝附着的影响

为研究自然微生物膜中海洋细菌对厚壳贻贝稚贝附着的影响,通过海洋贝类生物学、分子微生物生态学等手段调查附着基表面湿度、微生物膜的密度以及细菌种属系统发育与厚壳贻贝(Mytilus coruscus)稚贝附着关系。结果表明,所有测试海洋细菌形成微生物膜的最终密度随初始密度的增加而增加。所测海洋细菌均能不同程度地诱导厚壳贻贝稚贝的附着,其中Cobetia sp.3形成的微生物膜显示出最高诱导活性,其诱导的稚贝附着率为(70%±3%);Nautella sp.2、Pseudoalteromonas sp.9、Pseudoalteromonas sp.10、Bacillus sp.5和Pseudoalteromonas sp.11等5株细菌表现中等程度的诱导活性,其诱导的附着率范围为51%~60%。所有测试菌株所形成的微生物膜密度与稚贝附着均呈显著相关,尤其是Pseudoalteromonas sp.9和Cobetia sp.3诱导活性与附着率相关性极强,其相关性系数分别为0.774 1和0.723 3。系统发育分析结果表明,微生物膜密度和厚壳贻贝稚贝的附着率显著相关,然而海洋细菌诱导活性与细菌种属无关。因而,中湿度表面的海洋附着细菌对厚壳贻贝的附着有着明显的促进作用,本研究为后续开展厚壳贻贝稚贝的附着机制提供了理论依据。     

不同溶解氧水平下厚壳贻贝的贝壳开放行为和呼吸代谢

为了探讨溶解氧浓度变化对厚壳贻贝(Mytilus coruscus)摄食和代谢的影响, 分析贝壳开放行为和呼吸代谢的相关关系, 观察测定了 8 mg/L、6 mg/L、4 mg/L、2 mg/L 和 1 mg/L 溶解氧水平下厚壳贻贝贝壳开放程度、滤水率、耗氧率和排氨率, 并计算了氧氮比值。结果显示, 溶解氧浓度在 4 mg/L 及以上水平时, 厚壳贻贝的贝壳持较大程度开放, 而当溶解氧浓度降至 2 mg/L 及以下后, 贝壳逐渐关闭; 溶解氧浓度降至 4 mg/L 后, 贻贝滤水率显著下降; 溶解氧浓度在 2~8 mg/L 间, 贻贝耗氧率无显著变化, 降至 1 mg/L 后, 耗氧率显著下降; 排氨率与滤水率和耗氧率呈相反趋势, 溶解氧浓度降至 2 mg/L 后, 贻贝排氨率显著上升; 降至 4 mg/L 后, 氧氮比值显著下降; 贝壳开放程度与滤水率、耗氧率之间呈正相关关系。研究表明, 厚壳贻贝可以适应一定范围内溶解氧浓度的波动, 保持机体代谢水平相对稳定; 当环境溶解氧降至 1 mg/L 以下, 机体无法再维持正常的代谢, 厚壳贻贝部分关闭贝壳, 以降低能量消耗, 应对低氧胁迫。本研究可为厚壳贻贝低氧适应机制研究和养殖提供参考。     

脂多糖对细菌生物被膜形成及厚壳贻贝幼虫变态的影响

为探究脂多糖(LPS)对海洋细菌生物被膜形成、海洋贝类幼虫变态所产生的作用,本研究使用不同浓度的LPS直接刺激厚壳贻贝幼虫,观察其对幼虫附着变态的直接作用;同时在海假交替单胞菌形成生物被膜的过程中添加不同浓度的LPS,通过分析生物被膜生物学特性的变化,及变化后的生物被膜对厚壳贻贝幼虫附着变态的影响。研究结果显示,3种浓度的LPS均可直接诱导厚壳贻贝幼虫的变态;10 mg/L浓度LPS处理后的生物被膜其细菌密度、膜厚明显降低(p<0.05),胞外产物中多糖(如可乐酸)、脂类显著增加(p<0.05),同时其对幼虫变态的诱导作用也显著提高(p<0.05),因此推测,在厚壳贻贝幼虫的附着变态过程中,LPS具有直接诱导作用;除此之外,脂多糖还可以通过调控生物被膜胞外物质,特别是可乐酸的生成,从而间接影响厚壳贻贝幼虫的附着变态。     

胆碱受体化合物对厚壳贻贝幼虫变态的调控作用

为研究胆碱受体在厚壳贻贝幼虫变态发育过程中的作用,通过药理学手段调查胆碱类神经递质乙酰胆碱、氯甲酰胆碱及其拮抗剂六甲双铵和阿托品对厚壳贻贝幼虫变态发育调控作用。结果显示:在24 h暴露实验中,氯甲酰胆碱在10-5~10-4mol/L浓度表现出诱导活性,乙酰胆碱则无诱导活性。在持续暴露实验中,氯甲酰胆碱在10-5~10-4mol/L浓度表现出诱导活性,乙酰胆碱在10-6~10-4mol/L浓度表现出诱导活性。在拮抗剂实验中,在10-4mol/L氯甲酰胆碱或10-4mol/L乙酰胆碱存在时,N型胆碱受体拮抗剂六甲双铵对厚壳贻贝幼虫的变态均无抑制效果,表明N型胆碱受体可能并不在幼虫的变态发育过程发挥主导作用。M型胆碱受体拮抗剂阿托品在10-4mol/L氯甲酰胆碱存在时表现出抑制作用,且测试液中幼虫的变态率降为0%,表明M型胆碱受体可能参与调控厚壳贻贝幼虫变态发育过程。在整个药理学实验过程中无死亡幼虫出现,因而氯甲酰胆碱和乙酰胆碱可作为有效诱导物来促进厚壳贻贝幼虫的变态发育,尝试应用于该种的水产养殖过程;同时本研究为厚壳贻贝变态发育调控机制的研究提供有效理论依据。