虾夷扇贝Dmrt1基因的分子鉴定及表达模式分析

Dmrt1 是 Dmrt 双性和 mab-3 相关转录因子基因家族的重要成员之一, 在生殖细胞分化和性别调控中发挥着重要作用。为探究其在虾夷扇贝(Patinopecten yessoensis)性别分化中的表达调控模式, 本研究利用生物信息学的方法分析了虾夷扇贝 Dmrt1 的序列特征; 采用半定量 PCR (RT-PCR)检测了 Dmrt1 在不同组织中的表达量差异; 应用实时荧光定量 PCR (qRT-PCR)和原位杂交技术 ISH (in situ hybridization)揭示了 Dmrt1 在性腺发育 4 个时期(增殖期、 生长期、成熟期、排放期)中的时空表达变化。结果显示, 虾夷扇贝 Dmrt1 序列包含 Dmrt 基因家族共有的 DM 结构域; 与已知物种同源序列比对后发现, 虾夷扇贝 Dmrt1 序列与欧洲大扇贝(Pecten maximus)同源性最高; 原位杂交检测到的阳性信号主要定位在生殖细胞的细胞质中; qRT-PCR 定量结果发现, Dmrt1 在精巢生长期和成熟期的表达水平显著高于卵巢, 在卵巢各发育时期中的表达量无明显变化且维持低水平状态。此外, 在外套膜、鳃、肾、和闭壳肌中检测到少量表达的 Dmrt1 转录本, 而在肝胰腺中未检测到。研究结果表明, Dmrt1 在虾夷扇贝生殖细胞分化过程中的表达特征与在其他动物性腺发育中的表达特征基本一致, 推测其是虾夷扇贝性别分化调控中的关键基因。     

Foxl2基因在栉孔扇贝发育过程中的表达图式

Foxl2基因在哺乳动物中是雌性相关基因,参与卵巢发育和功能维持。本研究利用荧光定量PCR和原位杂交技术,对栉孔扇贝(Chlamys farreri)foxl2(Cf-foxl2)在发育过程中的表达图式进行了分析。研究发现Cf-foxl2在受精卵中呈低水平表达,随着发育进行表达量增高,D形幼虫期表达量最高,之后表达量迅速下降。原位杂交结果显示Cf-foxl2表达量在担轮幼虫之前在体内均匀分布;强阳性信号在担轮幼虫口凹附近呈对称分布;至D形幼虫期强阳性信号主要集中在内脏团和外套膜边缘处;之后信号消失,直到性别分化后在卵巢中再次出现。本实验结果暗示Cf-foxl2与卵巢发育相关,鉴于该基因在发育早期的持续性表达特征,暗示其可能参与栉孔扇贝的早期发育过程。     

黄海北部虾夷扇贝性腺发育及繁殖规律研究

通过性腺指数周年监测及性腺的组织切片观察,对黄海北部虾夷扇贝性腺发育及繁殖规律进行了研究。试验结果表明,虾夷扇贝性腺发育可划分为5期,即增殖期(Ⅰ期)、生长期(Ⅱ期)、成熟期(Ⅲ期)、排放期(Ⅳ)和休止期(Ⅴ期)。性腺周年变化规律是,11—12月为增殖期,1—2月为生长期,3月为成熟期、4—5月为排放期,6—10月为休止期。水温对性腺发育和产卵期的影响是,水温低性腺指数峰值高,产卵期相对滞后;水温高性腺指数峰值低,产卵期相对提早。     

栉孔扇贝Dmrt1的分子鉴定及表达模式分析

DMRT1是DMRT家族重要成员之一，主要参与动物性别决定和分化调控，但在不同动物中其表达和功能调控作用存在差异。本研究采用生物信息学方法分析了栉孔扇贝（Chlamys farreri）Dmrt1的序列特征，采用半定量RT-PCR技术确定了其mRNA在成体性腺、闭壳肌、外套膜、鳃和肾等组织中的分布，定量RT-PCR和原位杂交技术揭示了Dmrt1 mRNA在性腺中的时空表达特征。结果显示：栉孔扇贝Dmrt1序列中含有DMRT家族保守的DM结构域；其mRNA仅在栉孔扇贝性腺中表达，在精巢中的表达明显高于卵巢，并且以生长期精巢的表达水平最高；原位杂交检测Dmrt1阳性信号主要定位于生殖细胞的细胞质中。研究结果表明，Dmrt1在栉孔扇贝性腺中的表达特征与大部分动物性腺中的表达特征基本一致，推测其可能参与性别分化和精巢发育的功能调节。     

栉孔扇贝Cf-dmrt4-like基因的克隆、序列特征及表达分析

DMRT家族是一类转录因子,在性别决定与分化、器官形成等早期胚胎发育中起重要的作用。本研究采用简并PCR扩增和cDNA末端快速扩增技术(RACE),从栉孔扇贝(Chlamys farreri)精巢中克隆得到1个全长为2312bp的dmrtcDNA序列,其开放阅读框(Open reading frame,ORF)1110bp,编码369个氨基酸,具有dmrt基因家族共有的DM保守结构域。同源比对和系统进化分析结果显示,其为Cf-dmrt4-like基因。半定量RT-PCR结果显示,该基因从受精卵至匍匐幼虫各发育时期均有表达,卵裂期表达量较高;在雄性成体的鳃和精巢以及雌性成体的外套膜、鳃、肾和闭壳肌中表达,但卵巢中未见表达。qRT-PCR检测不同发育时期的精卵巢,以成熟期精巢表达量最高。由此推测,栉孔扇贝Cf-dmrt4-like基因参与个体的早期发育,并在两性成体中发挥着不同的作用。     

栉孔扇贝wnt4基因cDNA克隆及表达分析

由栉孔扇贝(Chlamys farreri)转录组数据库获得wnt4基因的一段表达序列标签(EST)序列,利用SMART-RACE技术克隆了wnt4基因cDNA全长序列,该序列长1 239 bp,其中开放阅读框为1 068 bp,可以编码355个氨基酸,推导的氨基酸序列含有WNT家族特有序列,且与沙蚕(Platynereis dumerilii)、海胆(Heliocidariserythrogramma)、人(Homo sapiens)等物种WNT4同源性都在60%以上。半定量RT-PCR结果显示,除肾脏外,wnt4基因在栉孔扇贝的精巢、卵巢、闭壳肌、肝胰腺、鳃、外套膜组织中均有表达,但表达量较低。定量RT-PCR结果表明:wnt4基因在成熟期的精卵巢中表达量最高,增殖期和休止期表达量次之,生长期表达量最低;整个生殖周期中精巢表达量高于卵巢。该基因在栉孔扇贝多个组织中的表达特性,暗示其参与了多样的生物学过程;在性腺中的表达特征表明其可能参与两性性腺的发育并在生殖细胞成熟过程中发挥作用。     

栉孔扇贝Foxl2蛋白的原核表达、纯化及多克隆抗体制备与检测

以栉孔扇贝(Chlamys farreri)卵巢cDNA为模板,采用PCR扩增Foxl2(forkhead box l2)基因,通过双酶切与pET-28a构建重组质粒表达载体,转化大肠杆菌感受态细胞DH5α,筛选鉴定阳性克隆,经测序鉴定后提取质粒转化大肠杆菌感受态细胞BL21,以IPTG诱导Foxl2蛋白表达,用SDS-PAGE鉴定表达情况,经镍柱纯化表达蛋白,通过免疫新西兰白兔(New Zealand white rabbits)制备多克隆抗体,以ELISA测定抗体效价,最后用WB(Western Blot)检测抗体特异性。结果表明,重组载体转化BL21后经1.0 mmol L~(-1)IPTG于37℃诱导6 h可产生大量Foxl2蛋白,主要以包涵体形式表达。经镍柱柱纯化可得到纯度较高的Foxl2蛋白,浓度达800 ug·mL~(-1)。免疫新西兰白兔获得多克隆抗体,效价大于1∶128 000。WB检测显示:该抗体能特异识别扇贝卵巢中的Foxl2蛋白,同时发现Foxl2蛋白在卵巢中强表达,而在精巢中几乎不表达,揭示栉孔扇贝中该蛋白具雌性性别相关性。研究成功获得效价高且能特异识别天然Foxl2的多克隆抗体,为后续深入研究Foxl2在栉孔扇贝卵巢中的功能提供了分子工具。     

栉孔扇贝sox9基因的cDNA克隆及其在不同发育时期性腺中的表达特征

SOX9是SOX家族的SOXE亚族成员,在脊椎动物骨骼发育、胰腺发育、性别决定与分化以及肿瘤形成中发挥重要的作用。sox9在不同种类脊椎动物性腺中的表达存在差异,在无脊椎动物性腺中的表达特征尚不清楚。本研究利用RACE技术克隆了栉孔扇贝(Chlamys farreri)sox9(Cf-sox9)全长的c DNA序列,其长度为2835 bp,开放阅读框为1413 bp,编码470个氨基酸。预测的氨基酸序列具有SOX家族的HMG-box和SOXE亚族的高保守区域,但没有脊椎动物羧基端的Pro-Gln-Ser rich区域。原位杂交和免疫组织化学技术确定Cf-sox9 m RNA和Cf-SOX9蛋白均定位在栉孔扇贝精巢和卵巢的所有生殖细胞中,并且在不同发育时期性腺中呈现了类似的表达规律,即在精巢中,阳性信号在精母细胞中最强,在精子中最弱;在卵巢中,阳性信号在卵原细胞、卵母细胞以及成熟卵中呈现逐渐减弱的趋势。这一表达特征与脊椎动物性腺中多样的性别差异表达特征不同,提示sox9在贝类性腺发育和配子发生中的作用可能与大多数脊椎动物不同。     

海湾扇贝Dmrt1基因分子特征及功能分析

利用 PCR 技术和生物信息学方法获得了海湾扇贝(Argopecten irradians irradians) Dmrt1 基因(AiDmrt1)的 cDNA 序列。采用实时定量 PCR 技术确定 AiDmrt1 在不同组织、性腺发育阶段及胚胎和幼虫发育阶段的表达模式, 并结合 RNA 干扰(RNA interference, RNAi)技术敲降 AiDmrt1 表达后检测了精巢中性腺发育相关基因的表达特征。 结果显示, AiDmrt1 开放阅读框长度为 918 bp, 编码 305 个氨基酸, 其编码蛋白具有保守的 DM 结构域。AiDmrt1 的 mRNA 在精巢中特异性表达, 并在精巢发育至生长期表达水平最高。AiDmrt1 在囊胚期前表达量无显著差异, 但在原肠期表达水平显著升高(P＜0.01)。敲降 AiDmrt1 表达后, 精巢发育相关基因 Sox7、Sox11 和 Fem-1 显著上调表达(P＜0.05 或 P＜0.01), 而 Dmrt4 的表达显著下调(P＜0.05); 卵巢发育相关基因 FoxL2、Wnt4、β-catenin、GATA-1 和 GATA-3 均显著上调表达(P＜0.05 或 P＜0.01)。研究结果表明, AiDmrt1 是海湾扇贝精巢特异性表达基因, 参与调控海湾扇贝性腺发育与分化。     

栉孔扇贝FTZ-F1基因的序列特征及表达分析

为研究栉孔扇贝(Chlamys farreri)FTZ-F1基因功能,对其序列特征和表达模式进行了分析。结果显示,该基因编码序列(coding sequences, CDS)长1 668bp,编码555个氨基酸,含DBD (DNA binding domain)保守区、FTZ-F1盒(FTZ-F1 box)、LBD(ligand binding domain)保守区,其保守区与其他物种较为一致。采用半定量PCR(RT-PCR)和荧光定量PCR(qRT-PCR)方法检测了FTZ-F1基因在栉孔扇贝中的表达,发现在雌性栉孔扇贝的闭壳肌、肾、鳃组织和雄性栉孔扇贝的精巢、肝胰腺、闭壳肌、肾中表达较强,在其他组织中表达较弱;在性腺发育周期中,FTZ-F1基因主要在成熟期精巢中表达,表达量显著高于其他时期性腺,表明FTZ-F1基因主要在成熟期精巢中发挥重要作用,推测可能与成熟期精巢睾酮含量升高相关。     

Gonadogenesis in scallop Chlamys farreri and Cf‐foxl2 expression pattern during gonadal sex differentiation

Gonad development and sexual differentiation are important biological processes. More insight is needed in these processes to improve selection and breeding efficiency in the production of culture animals for monosex farm operations of commercially important shellfish species. Foxl2 is the earliest known sex dimorphic marker of ovarian differentiation in mammals, but studies on foxl2 in invertebrate species are rare. This study revealed the gonadogenesis and expression characteristics of foxl2 during the gonadal differentiation in the scallop Chlamys farreri, an important commercial mollusk in China. The result showed that C. farreri gonad becomes visible once juveniles reach a shell height of 5.5 mm. Sex can be distinguished based on gonad histology in animals with a minimum shell height of 9 mm. Expression of Cf‐foxl2 (C. farreri foxl2) was first observed in cytoplasm of ovarian germ and follicle cells, just after the initiation of ovarian differentiation. Results indicate that Cf‐foxl2 can be used as an early sex‐marker gene, and may have participated in the regulation of ovary differentiation in C. farreri.     

Involvement of FGF9/16/20 subfamily in female germ cell development of the Nile tilapia, Oreochromis niloticus

Fibroblast growth factors (FGFs) have been proved to participate in a wide variety of processes, including growth, differentiation, cell proliferation, migration, sex determination and sex differentiation. The roles of FGF9/16/20 subfamily members in the gonadal development of teleost fish have not yet been reported. Three FGFs (16, 20a and 20b) of the FGF9/16/20 subfamily were cloned from the Nile tilapia by RT-PCR and RACE. Phylogenetic, bioinformatic and syntenic analyses demonstrated that these cloned FGFs are genuine FGF16, 20a and 20b. Our analyses further supported the non-existence of FGF9 ortholog and the existence of two FGF20 paralogs in teleost genomes. Tissue distribution analysis by RT-PCR demonstrated that FGF16 was expressed in a wide range of tissues including the testis and ovary, FGF20b in the brain, pituitary, intestine and ovary, but not in the testis, while FGF20a in the brain, pituitary and spleen, but not in the gonad. These results were consistent with the Northern blot analysis. The expression profiles of FGF16 and FGF20b during normal and sex reversed gonadal development were investigated by real-time PCR. Both showed much higher expression in the XX ovary and 17 beta-estradiol induced XY ovary compared with the XY testis and fadrozole and tamoxifen induced XX testis, with the highest in both sexes at 120?dah. Strong signals of FGF16 and FGF20b were detected in phase II oocytes by in situ hybridization. These data suggest that FGF9/16/20 subfamily is involved in the early oocyte development of the female.     

暗纹东方鲀芳香化酶基因的结构及表达分析

性腺型芳香化酶基因是一种调节雌雄激素平衡的基因。为初步探究暗纹东方鲀性腺型芳香化酶基因在性腺发育和性别分化过程中的作用,通过RACE及荧光定量PCR技术,成功克隆出暗纹东方鲀性腺型芳香化酶基因的cDNA全长序列,共1786 bp,编码514个氨基酸,与红鳍东方鲀及星点东方鲀同源性最高。氨基酸序列分析显示,该基因编码的蛋白是一种稳定的亲水性蛋白,但不存在信号肽序列;性腺型芳香化酶含有38个磷酸化位点、4个N-糖基化位点、2个跨膜保守结构域;其氨基酸序列在哺乳动物和鱼类中均十分保守,且含有跨膜区、Ⅰ-螺旋区、Ozol′s肽区、芳香化酶特异性保守区和亚铁血红素结合区等功能保守区。表达分析显示,暗纹东方鲀性腺型芳香化酶基因主要在肌肉和卵巢中表达,其次在其他组织中也有少量表达,而且在幼鱼不同发育期卵巢中的表达量呈现出逐渐升高再降低的表达趋势,在精巢中则基本不表达。研究结果表明,性腺型芳香化酶基因很可能参与了暗纹东方鲀雌鱼性腺分化后卵巢的发育、雌性特征的维持和其他组织的发育等过程。     

Aromatase (P450arom) and 11β-hydroxylase (P45011β) genes are differentially expressed during the sex change process of the protogynous rice field eel, monopterus albus

Steroids are known to play a crucial role in gonadal sex differentiation in many non-mammalian vertebrates, but also in the gonadal sex change of hermaphroditic teleosts. We investigated the expression of two genes encoding key steroidogenic enzymes, i.e., cytochrome P450 aromatase (P450arom) and cytochrome P45011β-hydroxylase (P45011β), during the sex change of the protogynous rice field eel, Monopterus albus. Using RT-PCR with degenerate primers, we cloned rice field eel homologous fragments for both genes (rcP450arom and rcP45011β) as indicated by the high level of homology with P450arom and P45011β sequences from various vertebrates. Gonadal expression of rcP450arom and rcP45011β mRNA levels were then assessed during the sex change by semi-quantitative RT-PCR and a real-time RT-PCR. rcP450arom was predominantly expressed in ovary, much less in ovotestis, and barely in testis. Conversely, P45011β was markedly up-regulated at the onset of testicular development. These findings underline that regulation of steroidogenesis is an important process in the sex change of protogynous rice field eel, and they clearly indicate that the concomitant down-regulation of P450arom and up-regulation of P45011β are of pivotal importance to the sex change of this species.     

拟穴青蟹Sp-Sox14基因在胚胎发育和性腺发育过程中的表达

为了解Sox14基因在拟穴青蟹胚胎发育和性腺发育过程中可能起到的调控作用,实验从青蟹性腺转录组数据库中得到全长为2558 bp的Sp-Sox14 c DNA序列,该序列编码一个包含427个氨基酸的蛋白,包含一个HMG-box。进化树分析表明,Sp-Sox14与其他节肢动物的Sox14亲缘关系较近。实时定量PCR结果显示,Sp-Sox14在成蟹雌雄各组织中均有不同程度的表达,其中在卵巢和雄蟹心脏中的表达量最高。在胚胎发育过程中,SpSox14在复眼色素形成期的表达量显著高于其他时期。在性腺不同发育阶段,Sp-Sox14在卵黄发生前期(O2)的表达量显著高于卵巢其他发育阶段;而在精巢发育过程中,其表达量在成熟精子期(T3)高于精母细胞期(T1)和精子细胞期(T2)。推测其参与卵巢的前期发育以及精子成熟等过程。整胚原位杂交结果显示,Sp-Sox14在青蟹胚胎复眼色素形成期阳性信号定位于头部以及鄂足附近,在近孵化期定位于复眼附近,幼体孵出期则在头部仍有少量信号,暗示其与青蟹神经器官的形成以及体节附肢的发生有关。     

中华鳖StAR基因的克隆、表达及多克隆抗体制备

摘要 为探索StAR基因在中华鳖（Pelodiscus sinensis）性腺发育过程中的作用，利用RACE技术克隆获得中华鳖StAR基因全长cDNA，采用Real-time PCR分析其在不同组织及胚胎不同发育时期的表达情况，并制备多克隆抗体，采用western blot检测StAR在不同组织的表达，通过免疫组化对其在细胞中的表达进行定位，同时检测芳香化酶抑制剂来曲唑处理雄性中华鳖后StAR在精巢中的表达情况。结果显示：该基因全长2377bp，开放阅读框903bp，编码300个氨基酸。氨基酸序列比对及系统进化分析表明，中华鳖StAR与龟类亲缘关系最近。荧光定量PCR结果表明，StAR基因在精巢中表达量最高，显著高于其他组织；StAR基因于中华鳖胚胎发育16期已有表达，20期表达量最高，提示StAR可能参与中华鳖早期性腺分化;来曲唑处理的中华鳖精巢中，StAR表达量显著降低。本研究利用原核表达系统构建中华鳖StAR基因原核重组表达载体，经蛋白纯化后免疫小鼠，获得中华鳖StAR多克隆抗体。Western blot检测结果显示StAR在不同组织的表达量与荧光定量结果基本一致。免疫组化结果显示，StAR蛋白在卵巢间质细胞、精巢的间质细胞，精原细胞及胞质中表达。研究表明，StAR基因可能参与中华鳖性腺发育过程。