碳酸盐碱度胁迫下凡纳滨对虾基因的差异表达

以广盐性养殖的凡纳滨对虾(Litopenaeus vannamei)为研究对象,采用抑制消减杂交(suppression subtractive hybridization,SSH)和定量PCR的方法,研究其在高碳酸盐碱度胁迫下转录组水平的基因表达差异,以期从基因组水平研究对虾对高碳酸盐碱度胁迫的适应机制。结果表明,以高碳酸盐碱度(20 mmol/L)胁迫第4天凡纳滨对虾鳃组织和低碱度(2 mmol/L)对照组鳃组织为材料,通过斑点杂交筛选,发现鳃组织中有158个克隆子表达上调,291个克隆子表达下调。挑选150个高表达差异的克隆子进行测序,获得100个序列,其中50个得到成功注释。经过GO分析,这些注释的差异基因主要分为8大类群,其中碳酸酐酶基因(CA)、Na+-K+-ATPase基因(NKA-α)等与离子调控相关的基因表达量上调,而溶菌酶基因等与先天免疫相关的基因表达量下调,这些结果表明高碳酸盐碱度胁迫下,凡纳滨对虾以增加离子调控的方式进行酸碱平衡的调控,同时其免疫功能受到抑制。此外,还对CA和NKA-α两个基因在鳃和触角腺中的时空表达规律进行了研究,发现高碳酸盐碱度胁迫9 d过程中,两个基因在鳃组织中的表达均呈现先高表达后回落的现象,而在触角腺中NKA-α基因则一直维持较高表达水平,说明CA和NKA-α基因在凡纳滨对虾高碳酸盐碱度适应离子调控中起着关键作用,同时还发现除了鳃组织之外,触角腺同样参与了调控。本研究从转录水平初步筛选了高碳酸盐碱度胁迫下凡纳滨对虾的表达差异基因,探索了凡纳滨对虾的耐盐碱机制,对培育适于盐碱地水产养殖的优良品种有着重要的意义。     

Cloning,characterization,and expression of themacrophage migration inhibitory factor gene from the Pacific white shrimp Litopenaeus vannamei(Penaeidae)

The macrophage migration inhibitory factor(MIF)is an important proinflammatory cytokine that mediates both innate and adaptive immune responses.In this study,we identified a homolog of MIF in the Pacific white shrimp Litopenaeus vannamei.The MIF cDNA contained a 363-bp open reading frame encoding a 120-amino acid protein with a calculated molecular mass of 13.442 kDa and a theoretical isoelectric point of 6.57.The L.vannamei MIF shared high amino acid identity with MIFs of other invertebrates.Tissue distribution analysis by quantitative real-time polymerase chain reaction(qRT-PCR)revealed that the L.vannamei MIF was abundantly expressed in the blood,heart,and hepatopancreas,was moderately expressed in the gill,and was weakly expressed in the muscle and intestine.Furthermore,in order to gain a basic understanding of the role of MIF in the shrimp immune response against viral infection,its mRNA expression was determined in the hepatopancreasofL.vannameiatdifferentstagesafter whitespotsyndromevirus(WSSV)challenge usingqRT-PCR.The result indicated that the expression of MIF was significantly upregulated after WSSV injection,suggestingthatMIFmaybeinvolved in theresponsetoviralinfection in shrimp.     

A Laboratory Challenge Method for Estimating Taura Syndrome Virus Resistance in Selected Lines of Pacific White Shrimp Litopenaeus vannamei

Among the strategies being developed to improve survival and harvest yields in the farming of Pacific white shrimp Litopenneus vannumei is breeding domesticated family lines and the selection for further development of those lines that demonstrate resistance to Taura syndrome virus (TSV) challenge in the laboratory. A standardized laboratory challenge method for measuring TSV resistance by per os exposure to the virus, relative to a reference stock of L. vannamei , was developed and used to screen a total of 176 family lines provided by five different companies over a period of several months. All challenged shrimp were exposed to TSV per os by feeding minced TSV-positive shrimp carcasses at ∼10% of the shrimp biomass once per day for three consecutive days. Studies were carried out for a minimum of 14 d from the first day (day 0) of exposure to TSV. The survival rates obtained following TSV challenge of the selected L. vannamei families ranged from 0% to 100%, with a mean of 31%. The reference line of L. vannamei ("Kona line") gave survival rates of 0% to 37% with a mean of 13%. The results of the present study demonstrate that the use of a relatively simple laboratory challenge procedure provides a mechanism to evaluate and compare resistance to TSV among selected L. vannamei families and to predict the performance of selected stocks in farm environments where TSV is enzootic.     

一种复合益生菌对凡纳滨对虾抗副溶血弧菌感染能力的影响

本研究选择1株地衣芽孢杆菌(Bacillus licheniformis)BL-9、1株枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)BS-12、1株金丽假交替单胞菌(Pseudoalteromonas flavipulchra)CDM8,以1∶1∶1将其组成复合益生菌,各益生菌水体添加浓度为107 CFU/ml,进行为期30 d的凡纳滨对虾(Litopenaeus vannamei)养殖实验。实验分为暂养期(7d)、益生菌处理期(15d)、副溶血弧菌(Vibrio parahaemolyticus)攻毒期(10 d)。结果显示,养殖水体中添加复合益生菌能显著增加水体和对虾肠道可培养细菌总数(P<0.05),攻毒实验结束时,实验组对虾累积存活率为(73.33±6.83)%,显著高于阳性对照组(25.33±15.43)%。对虾抗病基因热激蛋白70(Heat shock proteins 70,Hsp70)、β-1,3-葡聚糖结合蛋白-脂蛋白(Beta-1,3-glucan-binding protein-lipoprotein,βGBP-HDL)、脂多糖-β-1,3-葡聚糖结合蛋白(Lipopolysaccharide-β-1,3-glucan binding protein,LGBP)、抗菌肽Crustin在益生菌处理阶段均出现不同程度的上调,在攻毒阶段虽呈现各自不同的表达情况,但所有基因都经历了更大幅度上调。研究表明,水体中添加芽孢杆菌和假交替单胞菌组成的复合益生菌可提高凡纳滨对虾抗副溶血弧菌感染能力,对虾抗病力的提高可能与益生菌增加对虾肠道可培养细菌数量、抗病相关基因表达水平及过氧化氢酶(CAT)活性有关。     

凡纳滨对虾卵巢类围食膜蛋白基因克隆及其在早期胚胎发育中的表达

围食膜蛋白最早是从昆虫围食膜中解离得到的,在保护昆虫免受外源微生物侵染过程中发挥了重要作用。为了解围食膜蛋白在对虾免疫过程中的作用,实验前期进行了凡纳滨对虾转录组分析,并克隆获得了凡纳滨对虾2条类围食膜蛋白基因LvPT1和LvPT2,其编码的2条氨基酸序列相似性极高,同已报道的其他虾类围食膜蛋白具有较高同源性。利用Real-time PCR方法进行组织表达分析发现,LvPT1和LvPT2与对虾卵巢围食膜蛋白(SOPs)类似,在卵巢中高度表达,利用半定量PCR方法,分析LvPT2在对虾早期发育中的表达情况。结果显示,LvPT2在受精卵时期表达量最高,随着发育进行,表达量逐渐降低,至无节幼体孵出后无明显表达。研究表明,LvPT1和LvPT2与虾SOPs应为同一类围食膜蛋白,可能参与了受精卵细胞的形成,并在保护对虾早期胚胎发育时免受外界病原微生物的侵染中发挥着重要作用。     

患铁虾综合征罗氏沼虾眼柄转录组研究

为探索罗氏沼虾(Macrobrachium rosenbergii)铁虾综合征(IPS)的分子机制,采用高通量测序平台(Illumina Hiseq-2500)分别对患IPS罗氏沼虾(IPS虾)和正常罗氏沼虾开展转录组测序,进行生物信息学分析。结果显示,高通量测序共获得56.42 G高质量数据,拼接后得到221 901条单基因序列(unigene),长度范围为201~30 985 bp,平均长度为1572 bp,N50长度为2867 bp,N90长度为646 bp。将单基因序列分别在Nr、Nt、Swissprot、KEGG、KOG、GO、PFAM数据库进行序列比对及功能注释,103 570条得到注释,其中,GO数据库注释到的单基因序列最多。差异表达分析显示,2003个基因在IPS虾眼柄中差异表达,包括1209个上调基因和794个下调基因,516个基因被注释到242条KEGG通路中,翻译、信号转导和免疫系统富集的差异基因数目最多。催乳素、雌激素、胰岛素、促性腺激素释放激素、胰高血糖素、催产素、谷氨酸能突触、血清素能突触等与生殖调控相关激素的代谢过程在IPS虾与正常虾眼柄之间存在差异。此外,一些已被证明在免疫反应中起重要作用的基因在IPS虾眼柄中显著上调,如血管内皮生长因子受体1、丝氨酸蛋白酶抑制剂6、C型凝集素、芳基硫酸酯酶B、酚氧化酶原激活酶2a、组织蛋白酶B、组织蛋白酶L、甲壳类抗菌肽4等。同时,注释到溶酶体、吞噬体、抗原处理与呈递、细胞凋亡、内吞作用等多条与免疫相关的途径,支持近期研究得出的罗氏沼虾IPS与病原感染相关的结论。本研究为解析罗氏沼虾IPS的成因和分子机制提供了数据支撑。     

凡纳滨对虾(Litopenaeus vannamei)传染性皮下及造血组织坏死病毒(IHHNV)及虾肝肠胞虫(EHP)的荧光定量PCR检测

2013年,河北、天津等地区养殖的凡纳滨对虾(Litopenaeus vannamei)育苗期出现死苗、出苗率低的情况,生产上,仔虾个体大小差异较大,造成了严重损失.本研究采用荧光定量PCR方法(Real-time PCR)对天津大港地区采集的108尾凡纳滨对虾仔虾样品进行单尾病原检测.结果显示,传染性皮下及造血组织坏死病毒(Infectious hypodermal and hematopoietic necrosis virus,IHHNV)和虾肝肠胞虫(Enterocytozoon hepatopenaei,EHP)均有检出.IHHNV阳性检出率100％,每微克对虾组织DNA的病毒拷贝数为103-107,且个体较大的样品(1.2-2.0 cm)携带病毒拷贝数偏高;EHP阳性检出率为49.1％,每微克对虾组织DNA的拷贝数为103-105,且集中于个体较小样品(0.7-1.1 cm).对IHHNV和EHP阳性凡纳滨对虾样品进行生物学体长与病毒载量指数相关性分析,显示IHHNV载量指数与对虾生长速率呈正相关,虾组织IHHNV平均载量达8.51×104 copies/μg DNA,为较高的感染水平;EHP的载量与对虾生长速率呈负相关关系,与较大个体阳性检出率较低相对应,虾组织EHP平均载量达到2.19× 104 copies/μg DNA,为较高的感染水平.由此,该批凡纳滨对虾仔虾患病为IHHNV和EHP的混合感染所致,本研究数据为IHHNV和EHP病原混合感染流行情况及其对养殖育苗期仔虾生长的影响提供科学依据.     

凡纳滨对虾酚氧化酶原激活因子基因的克隆及表达分析

为研究酚氧化酶原激活因子(prophenoloxidase-activating factor,PPAF)在凡纳滨对虾感染传染性皮下及造血组织坏死病毒(IHHNV)过程中所起的免疫作用,实验采用逆转录聚合酶链式反应和cDNA末端快速扩增技术克隆了凡纳滨对虾PPAF基因的全长cDNA序列,并通过实时荧光定量PCR技术分析了该基因在正常凡纳滨对虾和感染IHHNV凡纳滨对虾不同组织的表达情况。结果显示,克隆获得了1 986 bp凡纳滨对虾PPAF基因cDNA全长序列(GenBank登录号JQ684529),其中含有一个1 629 bp开放阅读框(ORF),两翼分别存在21 bp(5'端)和336 bp(3'端)的非翻译区。该基因的开放阅读框共编码542个氨基酸,氨基酸序列269~517处存在功能结构域——丝氨酸蛋白酶结构域,氨基酸序列494~502区域存在一个ALPHA-2巨球型免疫蛋白功能位点,316~321区域有一个组氨酸酶活性位点;定量PCR分析发现,该基因无论在正常对虾还是感染IHHNV对虾的心脏、肝胰腺、肠、胃和肌肉中的表达量均较低,在血液和鳃腺中的表达量明显高于其他组织,但感染IHHNV对虾不同组织中PPAF基因的表达量均低于正常对虾相应组织中的表达量。定量检测PPAF基因在对虾鳃腺组织中的表达情况显示,对虾感染IHHNV后,PPAF基因的表达量急剧降低,3 h时至最低,之后表达量逐渐上升,48h时达最高值。研究表明,IHHNV可抑制PPAF基因的表达,因而抑制酚氧化酶原免疫系统的有效激活,或是其感染对虾并在对虾组织内增殖的原因之一。     

嗜水气单胞菌感染翘嘴鳜头肾转录组分析

嗜水气单胞菌(Aeromonas hydrophila)是严重危害翘嘴鳜(Siniperca chuatsi)养殖生产的主要病原之一，为揭示嗜水气单胞菌感染翘嘴鳜后宿主基因表达水平的变化，筛选免疫相关基因，解析翘嘴鳜应答病原细菌感染的分子机制，本研究以病原嗜水气单胞菌感染翘嘴鳜，于感染24 h后，采集感染组与对照组翘嘴鳜头肾组织，采用Illumina Hiseq 2000进行了RNA-Seq分析，原始数据拼接后组装共获得53 040个单基因(unigene)。基因差异表达分析结果显示，感染组和未感染组翘嘴鳜存在526个差异表达基因，包括254个上调基因和272个下调基因，其中，免疫相关的显著上调的差异基因主要有炎症和免疫原性细胞因子白介素、补体系统、MHCⅠ型抗原提呈、溶菌酶、丝氨酸蛋白酶抑制因子、泛素蛋白连接酶等。GO富集分析发现，差异基因主要涉及免疫应答反应和炎症反应等，经KEGG富集分析显示，89个通路富集显著，免疫相关的代谢通路主要有内吞作用和吞噬体等。此外，实时荧光定量PCR验证结果表明，所选取7个差异表达免疫相关基因与RNA-seq结果具有相似的表达趋势。本研究为揭示翘嘴鳜对病原微生物感染的防御分子机制奠定了理论基础。     

镉胁迫对凡纳滨对虾血细胞基因表达的影响

为探讨镉(Cd)胁迫下凡纳滨对虾(Litopenaeus vannamei)血细胞的分子响应,以不同浓度的Cd2+(0,0.5 mg/L和5 mg/L)进行胁迫,于不同胁迫时间取血淋巴,测定血细胞中Trx 2、Grx 2、Grx 3和MGST 3的基因表达量变化。结果显示,Trx 2、Grx 3和MGST 3表达量在胁迫的中后期显著上调,Grx 2表达量在5 mg/L Cd2+胁迫6 h开始即有显著的升高,并持续至48 h。结果表明在Cd胁迫作用下,对虾血细胞中上调这四个氧化还原与抗氧化相关基因的表达水平,以进行胁迫防御;Grx 2对Cd胁迫较为敏感,在整个胁迫过程发挥作用,Trx 2、Grx 3和MGST 3主要在胁迫的中后期发挥作用;基因的表达响应具有一定浓度效应。     

草鱼mst2在免疫应答中的作用机制

为了初步阐明草鱼哺乳动物STE20样蛋白激酶2基因(mammalian sterile 20-like kinase 2, mst2)在机体免疫中的作用机制,实验采用RNA-Seq技术对干扰mst2后经脂多糖(lipopolysaccharide,LPS)应激的草鱼肾细胞系(Ctenopharyngodon idella kidney cell lines,CIK)进行了转录组测序与验证分析。测序原始数据经De novo拼接与组装后共获得22 374个独立功能基因(unigenes),其中已知功能基因为21 199个,预测的新基因为1 175个。干扰mst2后经LPS应激的unigenes表达差异分析表明,对照组与实验组之间共存在38个差异基因(differentially expressed genes,DEGs),其中上调基因16个,下调基因22个。利用实时荧光定量PCR技术(quantitative real-time PCR, qRT-PCR)对38个DEGs的RNASeq结果进行验证,结果显示,qRT-PCR和RNA-Seq分析一致,说明RNA-Seq分析结果可靠。采用RNA干扰技术干扰mst2后经LPS处理,CIK细胞转录组中DEGs参与免疫代谢的途径主要有MAPK信号通路、内吞作用途径、自噬途径和细胞因子受体相互作用途径。凋亡相关基因检测结果显示,干扰mst2并经LPS处理后,促凋亡基因(fas、bad1、bad2、caspase-3、caspase-8和caspase-9)转录水平上调,抗凋亡基因(bcl2)转录水平下调,证明干扰mst2后经LPS处理会诱发细胞发生凋亡。综上所述,mst2可通过调控凋亡相关过程参与机体免疫反应。本研究结果初步阐明了草鱼mst2参与机体免疫应答的分子机理,可为草鱼细菌性疾病防控提供一定的基础理论参考。     

饲料添加益生菌对多病原阳性的凡纳滨对虾生长与存活的影响

采用假交替单胞菌(Pseudoalteromonas sp.) KL-3 2010和微小杆菌(Exiguobacterium sp.) KL-C2 2014作为益生菌，进行凡纳滨对虾(Litopenaeus vannamei)投喂实验，研究上述菌株对带毒对虾的生长与存活的影响。假交替单胞菌KL-3 2010对致急性肝胰腺坏死副溶血弧菌(Vibrio parahemolyticus) (VPAHPND 20130629002S01)有拮抗作用和胞外蛋白酶活性，微小杆菌KL-C2 2014有胞外蛋白酶活性。待试对虾经检测为白斑综合征病毒(WSSV)、致急性肝胰腺坏死病副溶血弧菌(VPAHPND)和虾肝肠胞虫(EHP)弱阳性。经过为期60 d的养殖实验，结果显示，与投喂普通颗粒饲料的对照组相比，投喂假交替单胞菌KL-3 2010的对虾存活率提高了213%±43% (P<0.01)；投喂微小杆菌KL-C2 2014的对虾平均生长率提高了105.5%±28.1% (P<0.05)；交替投喂2株菌的对虾存活率提高了184%±52% (P<0.05)，平均生长率提高了70.6%±32.8%。肠道可培养优势菌研究表明，2株益生菌的投喂显著影响了对虾肠道优势菌群的种类。本研究为带毒虾苗的养殖提供一种有效的病害防控和促生长的手段。     

氨氮胁迫下中国明对虾(Fenneropenaeus chinensis)谷氨酸脱氢酶基因的表达分析

采用 RACE 技术克隆获得中国明对虾(Fenneropenaeus chinensis)谷氨酸脱氢酶 GDH 基因(FcGDH)。FcGDH 基因全长1779 bp,包括1个1659 bp 的开放阅读框(ORF),编码552个氨基酸,预测分子量大小为61.3 kDa,理论等电点为6.54。同源性分析显示,FcGDH 氨基酸序列与其他动物高度保守,其中,与凡纳滨对虾最为相似,高达98%,其次为中华绒螯蟹,为89%。系统进化树分析显示,FcGDH 氨基酸序列与凡纳滨对虾 GDH 聚为一支,之后依次为：中华绒螯蟹、黑腹果蝇、埃及按蚊。组织表达分析发现,FcGDH 基因在肌肉、鳃、肝胰腺、胃、肠、淋巴和血淋巴中均有表达,其中,肌肉中表达量最高。氨氮胁迫后,FcGDH 基因在肌肉和肝胰腺组织中变化显著,在胁迫后期,FcGDH 基因表达量均上调,且与对照组相比差异显著(P<0.05),说明 FcGDH 基因在氨氮解毒代谢过程中发挥了重要作用。     

基于转录组测序技术挖掘长吻鮠生长关键基因

为挖掘我国名优鱼类长吻鮠 (Leiocassis longirostris)生长相关基因,本研究运用Illumina高通量测序技术比较分析了快速生长组[平均体质量为(534.02±53.68) g]和缓慢生长组[平均体质量为(108.41±4.96) g]各9尾长吻鮠的脑组织基因表达谱。测序共获得267 404 674个高质量测序片段(clean reads),通过2种不同生长速率长吻鮠脑组织转录组比较筛选出518个差异表达基因,其中,412 个基因表达量上调,106个基因表达量下调。对12个差异表达基因进行实时荧光定量PCR验证的结果与转录组测序结果一致。GO功能分类显示,大量差异表达基因富集到生长(growth)、生长因子活性(growth factor activity)和激素介导的信号通路(hormone-mediated signaling pathway) GO条目中。KEGG富集分析显示,一些差异表达基因在MAPK信号通路(MAPK signaling pathway)、转化生长因子β信号通路(TGF-beta signaling pathway)、钙离子信号通路(calcium signaling pathway)和神经活性配体–受体相互作用(neuroactive ligand-receptor interaction)等途径中富集。根据GO功能注释和KEGG富集分析,筛选出gnrh、thr、egr1、fgf18、sst、gipr、cart和crf等基因是调控长吻鮠生长发育的关键候选基因。本研究结果为后续深入研究长吻鮠生长调控机制提供了重要的参考资料。     

Hypoxia‐induced changes in survival,immune response and antioxidant status of the Pacific white shrimp (Litopenaeus vannamei) fed with graded levels of dietary myo‐inositol

A 3‐hr experiment was conducted to investigate the effects of dietary myo‐inositol (MI) supplementation on survival, immune response and antioxidant abilities in Litopenaeus vannamei under acute hypoxia stress. Six practical diets were formulated with supplementation of graded levels (control group 0, 0.1, 0.2, 0.4, 0.8 and 1.6 g/kg dry diet) of MI and were randomly assigned to triplicate groups of L. vannamei (mean weight 0.40 ± 0.00 g) for 8 weeks. Ten healthy shrimp (final mean weight approximately 11–14 g) randomly selected from each tank were exposed to hypoxia stress after feeding trial. After 3‐hr acute hypoxia stress, survival of shrimp fed MI‐supplemented diets (except 0.1 and 0.4 g/kg diets) was significantly increased compared with the control group. Shrimp fed control diet had lower activities of alkaline phosphatase (AKP), acid phosphatase (ACP), total antioxidant capacity (T‐AOC) and glutathione peroxidase (GPX), and higher malondialdehyde (MDA) and protein carbonyl (PC) contents in hepatopancreas than those fed the MI‐supplemented diets. In addition, mRNA expression levels of heat shock protein 70 (Hsp70), catalase (CAT) and penaeidin were significantly differentially regulated in hepatopancreas. In summary, dietary MI supplementation may have a positive effect on improving resistance to acute hypoxia stress of L. vannamei.     

凡纳滨对虾ARMC8基因的克隆及表达

为了研究含Armadillo重复蛋白8在凡纳滨对虾抗病感染过程中所起的免疫作用,本实验采用RACE-PCR技术首次克隆得到凡纳滨对虾ARMC8基因(LvARMC8,Gen Bank注册号:KX058562)的c DNA序列全长,并利用在线软件进行生物信息学分析;采用实时荧光定量PCR(Rt-PCR)技术对LvARMC8基因在凡纳滨对虾不同组织及感染白斑综合征病毒和副溶血弧菌过程中的表达变化特征进行分析。结果显示,LvARMC8基因全长为2917bp,其中开放阅读框长2046 bp,编码681个氨基酸,5′非编码区长49 bp,3′非编码区长822 bp。预测分析显示LvARMC8编码的蛋白质含有6个ARM结构域。同源性分析发现,LvARMC8基因与内华达古白蚁ARMC8基因的相似度最高,为71%。系统进化分析结果显示,LvARMC8和多种无脊椎动物ARMC8聚为一支,其中与昆虫类动物赤拟谷盗、致倦库蚊和柑橘凤蝶的亲缘关系最近。Rt-PCR分析发现,LvARMC8基因在凡纳滨对虾多个组织中均能检测出,在表皮中表达量最高,眼柄中表达量最低。WSSV感染后12 h,LvARMC8基因在凡纳滨对虾血液中的表达量显著降低,但48 h后显著升高,72 h达到最高水平。除副溶血弧菌感染后24 h外的时间点,LvARMC8基因在凡纳滨对虾血液中的表达量均显著升高。研究表明,LvARMC8基因可能参与凡纳滨对虾抗病免疫应答途径。