盐碱水环境对脊尾白虾基因组DNA甲基化的影响

为探讨盐碱水环境对脊尾白虾(Exopalaemon carinicauda)基因组DNA甲基化的影响,本研究利用MethylRAD-Seq技术探究了长期盐碱水养殖组(SAS)和正常海水养殖对照组(SW)脊尾白虾鳃组织中的DNA甲基化水平,并对关键通路和基因进行了差异表达分析。结果显示,脊尾白虾鳃组织基因组中CG和CWG位点(W=A或T)分别检测到2 347 003和416 176处甲基化,甲基化普遍存在于基因组的基因间区和内含子区域,共筛选到8805个(8189个CG-DMSs和616个CWG-DMSs)差异甲基化位点,盐碱水环境下DNA甲基化水平略有增强。通过KEGG富集分析发现,DMS所在差异表达基因显著富集在HIF-1信号通路和剪接体通路,通路中hif-p、hk和sf3b1等关键基因在脊尾白虾盐碱水环境适应中可能发挥着重要作用;对SW和SAS组差异甲基化基因(DMG)进行筛选,得到158个CG-DMGs和94个CWG-DMGs,其中,富集到脂质代谢和囊泡介导的转运通路中的DMG最多;此外,有一些DNA甲基化位点与基因表达呈负相关,表明DNA甲基化与基因调控之间存在复杂的联系,大部分基因组DNA甲基化对基因表达有正调控效应。本研究结果首次分析了在盐碱水环境下脊尾白虾鳃组织的DNA甲基化水平特征,为解析甲壳类盐碱水环境适应机制提供了基础信息。     

脊尾白虾水通道蛋白基因4和11在碱度胁迫过程中的作用

水通道蛋白(aquaporin)是一种细胞膜上特异性转运水分子及其他中性代谢分子的膜蛋白家族,对生物的细胞内外渗透压稳定具有重要的调节作用。为了了解水通道蛋白在脊尾白虾(Exopalaemon carinicauda)应对碱度胁迫中的作用,本研究利用RACE技术成功克隆了脊尾白虾水通道蛋白4 (aquaporin 4, EcAQP4)与水通道蛋白11 (aquaporin 11, EcAQP11)基因cDNA全长,EcAQP4基因的开放阅读框为621 bp,编码206个氨基酸,预测分子量为21.673 kDa,理论等电点为8.30,为疏水性蛋白,具有5个跨膜结构域;EcAQP11基因的开放阅读框长度为783 bp,编码260个氨基酸,预测蛋白分子量为28.490 kDa,理论等电点为5.40,为疏水性蛋白,具有4个跨膜结构域。序列比对结果显示,EcAQP4基因与罗氏沼虾(Macrobrachium rosenbergii)同源性最高,为94.63%;EcAQP11与斑节对虾(Penaeus monodon)同源性最高,为81.47%。为验证水通道蛋白的功能,利用RNA干扰技术特异性沉默EcAQP4和EcAQP11基因,结果显示,碳酸盐碱度胁迫后,注射干扰后的脊尾白虾死亡率显著升高,EcAQP4干扰组72 h死亡率达到45%,EcAQP11干扰组72 h死亡率达到55%,与对照组差异显著(P<0.05)。同时发现,EcAQP4干扰组在碳酸盐碱度胁迫24、48与72 h时的血液渗透压变化幅度显著高于对照组(P<0.05),72 h时渗透压显著升高(P<0.05);EcAQP11干扰组血液渗透压在3个时间点均显著升高(P<0.05)。以上结果表明,水通道蛋白在脊尾白虾应对碱度胁迫过程中起到了调节渗透压、维持体内外离子平衡的作用。     

脊尾白虾EcERR基因的克隆与表达分析

雌激素相关受体(estrogen-related receptor, ERR)是一种真核转录因子,与雌激素的效应有密切关系,参与生物体的能量代谢、细胞增殖分化和性腺发育等生理过程。为了解ERR基因在脊尾白虾(Exopalaemon carinicauda)卵巢发育中的作用,采用cDNA末端快速扩增技术(RACE)克隆获得脊尾白虾EcERR基因的cDNA序列,该基因全长为2025 bp,包括5′非编码区241 bp,3′非编码区410 bp,开放阅读框1374 bp,编码457个氨基酸。组织表达分析结果显示,EcERR在脊尾白虾各组织中均有表达,卵巢组织的表达量最高(P<0.05);EcERR在卵裂期的表达量显著高于胚胎及幼体发育时期(P<0.05);EcERR在卵巢发育过程中呈先降低后升高的趋势,卵巢发育Ⅰ期的表达量最高;5-羟色胺浸泡后,实验组EcERR的表达量显著高于对照组(P<0.05),同时,实验组卵巢发育关键基因卵黄蛋白原基因的表达量显著高于对照组(P<0.05)。研究表明,EcERR基因参与了脊尾白虾卵巢发育的调控,在脊尾白虾卵巢发育的早期发挥关键作用。     

脊尾白虾耐盐碱性状遗传力和遗传相关的估计

应用数量遗传学原理和全同胞组内相关法估计50日龄脊尾白虾(Exopalaemon carinicauda)耐盐碱性状的遗传力和遗传相关。采用定向交尾方式构建脊尾白虾50个全同胞家系(包括42个半同胞家系)，利用SPSS软件的一般线性模型(GLM)对各家系盐碱胁迫的存活时间进行方差分析，估计脊尾白虾耐盐碱性状的遗传力和遗传相关。结果显示，脊尾白虾耐盐碱性状的遗传力为0.18~0.60，其估计值未达到显著水平，属于中等遗传力；50日龄脊尾白虾耐盐碱性状与体长的遗传相关和表型相关分别为–0.401和0.127，耐盐碱性状和体重的遗传相关和表型相关分别为–0.196和0.033，耐盐碱性状与体长、体重的相关程度较低。本研究表明，选择育种对于脊尾白虾耐盐碱性状的改良具有较大潜力，且以耐盐碱性状为选育指标，不会对脊尾白虾体长和体重产生显著影响。