南极中山站附近海水微生物多样性和宏基因组分析

以中国第34次南极科考采集的中山站附近海域5个站点海水样品为研究对象,通过Illumina高通量测序,鉴定微生物组成和微生物群落结构,发现中山站取样的海水中变形菌门(Proteobacteria)和拟杆菌门(Bacteroidetes)最为丰富,其次为蓝细菌(Cyanobacteria),属水平上黄杆菌属(Flavobacterium)和嗜冷杆菌属(Psychrobacter)含量最多,均超过20%。首次在南极海水中发现UBA1315属微生物,功能注释分析显示含有丰富的DNA修复基因,可能有助于适应南极恶劣环境。对中山站和罗斯海上层海水以及南北极不同地理位置海水微生物比较发现,变形菌门、拟杆菌门和蓝细菌在所有海水中普遍存在,变形菌门为优势菌,蓝细菌在南极海水中含量丰富,罗斯海上层海水比中山站海水微生物多样性丰富,且主要菌群丰度不同。初步揭示了中山站附近海域微生物群落组成,为后续进一步研究南极中山站海水微生物资源调查和功能开发研究提供一定的基础数据。     

南极鱼类适应低温的分子进化研究进展

南大洋是地球上最冷的水域,水温常年在0℃以下,许多生物在南大洋降温过程中走向灭绝,而南极鱼亚目鱼类在南大洋逐渐变冷过程中快速进化,成为冰冻海域最繁盛的脊椎动物。随着越来越多的南极亚目鱼类基因组完成测序和分析,人们对这些鱼类在冰冻环境下生存和繁衍机制的认识也越来越深入和全面。本文从抗冻蛋白的起源、血液发生、抗过氧化机制、铁离子稳态调控、中性浮力的进化和基因组特征等方面综述了南极鱼类适应极端低温的分子进化及发育生物学机制,以期为鱼类抗冻与耐寒机制及适应性进化研究提供新的视角。     

dusp1敲降对低温诱导斑马鱼ZF4细胞凋亡的作用

为了研究双特异性磷酸酶(dual-specificity phosphatase 1,dusp1)基因与鱼类低温诱导的细胞凋亡之间的关系,本研究经Eco RI和Age1酶切构建plko.1-dusp1-sh RNA1,plko.1-dusp1-shRNA2,plko.1-negative control(nc),plko.1-EGFP的重组质粒,并分别与慢病毒包装质粒pCMV-DR8.9.1、pCMV-VSVG共同转染至293T细胞中,经293T细胞包装的病毒,感染斑马鱼(Danio rerio)胚胎成纤维样细胞(zebrafish embryos fibroblast like cell line,ZF4),RT-PCR检测表明dusp1成功被敲降。经嘌呤霉素筛选获得稳定表达细胞系,将细胞于28℃培养(正常对照组)或经10℃低温处理10 d,使用annexin V-FITC/Propidium lodide(PI)双色标记流式细胞术检测ZF4细胞凋亡情况。结果显示:低温胁迫下dusp1敲降的细胞凋亡(dusp1-shRNA1敲降,dusp1-kd1;dusp1-shRNA2敲降,dusp1-kd2)比例较nc组显著上调,其中早期凋亡和晚期凋亡细胞比例dusp1-kd1显著高于nc组,并且dusp1-kd1活细胞数显著低于nc组(P0.05),进一步证明dusp1参与鱼类冷应激过程,并在低温情况下保护细胞。该研究为后期对斑马鱼细胞低温胁迫实验奠定了基础,其中dusp1基因沉默型斑马鱼细胞在10℃低温处理10 d凋亡数显著大于对照组,证明dusp1在细胞凋亡信号通路中起到重要调控作用,为低温下研究斑马鱼基因的分子机制提供新的思路。     

斑马鱼早期胚胎发育囊胚sphere时期的蛋白组学研究

斑马鱼(Danio rerio)早期胚胎发育囊胚时期是胚胎发育过程的关键时期,利用i TRAQ蛋白质质谱分析技术,检测斑马鱼早期胚胎发育过程中囊胚sphere时期的蛋白质表达情况,并分析该时期表达的蛋白质的相应功能和参与调控的生物过程。以野生型斑马鱼发育至sphere时期即4 hpf的胚胎为样本,利用i TRAQ标记与LC-MS/MS串联质谱技术,结合数据库比对,对该时期表达的蛋白质进行定性和定量的鉴定分析。检测结果共鉴定到的总蛋白数为1 178个,利用生物信息学进行功能分析,发现这些蛋白广泛参与了细胞信号传递、细胞运动和细胞骨架构建、细胞增殖、细胞分化、物质合成与代谢等各项重要的生命活动过程。研究表明,利用i TRAQ标记的方法可以对4hpf时期的斑马鱼胚胎中的蛋白质进行有效的分离和鉴定,并初步建立了斑马鱼早期发育关键阶段sphere时期的蛋白质组表达图谱,以期为斑马鱼胚胎发育过程中蛋白质组学和调控机制的研究提供参考。     

低温胁迫下鱼类鳃中RPL11/MDM2/P53信号通路相关基因及蛋白表达差异分析

为了研究RPL11/MDM2/P53信号通路在鱼类低温胁迫中所起的作用,分别利用mRNA和蛋白表达水平定量技术,对罗非鱼Oreochromis niloticus和斑马鱼Danio rerio两种抗寒能力不同的鱼类鳃RPL11/MDM2/P53信号通路相关因子在低温胁迫下的表达情况进行分析.结果表明:在相同低温胁迫下,罗非鱼鳃中RPL11和P53蛋白表现出随着低温胁迫时间延长而增加的趋势,但斑马鱼鳃中P53蛋白开始增加的时间点晚于罗非鱼;罗非鱼鳃中mdm2转录表达量在8℃、6h后显著升高(P<0.05),表明md2表达量升高可能活化P53;8℃、6h后P53下游靶基因bad和p21在罗非鱼鳃中出现表达量升高的情况,这与罗非鱼中6h时P53蛋白表达量升高是一致的,但在斑马鱼中p21基因表达量变化不大.研究表明,低温能诱导罗非鱼中与凋亡相关的RPL11/MDM2/P53通路中相关蛋白的变化,并且这种表达变化模式与耐低温能力较强的斑马鱼不同,这种物种差异性的基因表达模式可能是不同鱼类低温耐受能力差异的原因之一.     

铁离子对斑马鱼肝脏细胞应激低氧胁迫的影响

水体急性低氧一直是水产养殖中的棘手问题,而铁代谢在鱼类低氧应激中发挥着极其重要的作用。为探究铁离子对鱼类应激低氧胁迫的影响,本研究以模式生物斑马鱼的肝脏细胞（ZFL）为研究对象,利用柠檬酸铁胺（FAC）对ZFL细胞进行外源补铁,同时用去铁胺（DFO）清除ZFL细胞的内源及外源铁,比较不同处理条件下ZFL细胞对低氧胁迫的应激反应。结果表明,低氧胁迫显著降低了ZFL细胞的增殖能力和存活率,而与清除内源及外源铁相比,补充外源铁能够明显改善ZFL细胞的增殖能力和存活率。同时,Western blot的结果显示补充外源铁显著提高了低氧胁迫下的ZFL细胞中铁蛋白的表达量。此外,通过qRT-PCR比较在该条件下与铁吸收（tfa）、铁储存（fthl27、fthl28、fthl31）和铁输出（fpn）相关基因的mRNA表达水平,结果表明均显著提高。进一步对低氧胁迫下ZFL细胞内活性氧（ROS）水平进行检测,发现补充外源铁能够在一定程度上恢复ZFL细胞中ROS的水平,由此证明在一定范围内胞内ROS水平的增加有利于ZFL细胞抵抗低氧胁迫。可为探究低氧导致的鱼类相关疾病提供理论基础,为低氧导致养殖鱼类产量低下提供解决办法。     

南极磷虾富氟机理的研究进展

富氟异常是南极磷虾独特而有趣的生理性状,研究其富氟机理对于阐释极端环境下生物适应性进化机制,功能性仿生材料设计及磷虾的高值化利用具有重要意义。本文对南极磷虾富氟机理的国内外研究进展进行了评述,评述内容包括氟的来源、氟在磷虾中的分配特征和赋存形态、氟在磷虾体内的变化特征分析以及磷虾富集氟的模式推测等,并对南极磷虾富氟机理今后的研究方向和趋势进行了展望。     

高温胁迫下尼罗罗非鱼肝脏组织的转录组分析

为探究罗非鱼高温胁迫响应的调控作用机理,选用孵化12 d后的尼罗罗非鱼Oreochromis niloticus幼鱼,基于RNA-seq技术对尼罗罗非鱼高温处理组(36℃高温胁迫下养殖30、50、70 d)和常温对照组(28℃,30、50、70 d)肝脏组织样品进行转录组分析。结果表明:高温处理组与常温对照组共获得39.23 Gb clean data;28℃-30 d与36℃-30 d文库比较发现,存在4342个差异基因,28℃-50 d与36℃-50 d文库比较发现,存在3139个差异基因,28℃-70 d与36℃-70 d文库比较发现,存在3042个差异基因;进一步将差异表达基因进行GO功能注释和KEGG富集分析,发现差异基因主要富集在糖酵解/糖异生、细胞周期、内质网的蛋白质加工及胰岛素信号等通路上;通过RT-qPCR试验对mTOR信号通路及相关通路中的8个差异基因进行验证,证实了转录组测序结果的可靠性。研究表明,高温胁迫下尼罗罗非鱼肝脏组织中参与热应激相关的基因涉及生长、蛋白质折叠及能量代谢等多个生物学过程,本研究结果为深入研究罗非鱼高温胁迫响应调控机制奠定了基础。     

反义抑制miR-202引起斑马鱼早期胚胎发育异常研究

为了探讨miR-202在鱼类胚胎发育中的功能,采用实时定量反转录PCR技术和整体原位杂交技术检测了miR-202在斑马鱼胚胎发育阶段的表达。结果发现miR-202是母源性分子并在斑马鱼胚胎发育过程中持续表达,尤其在早期胚胎发育阶段表达水平较高。在此基础上,采用基因沉默技术在斑马鱼受精卵中显微注射miR-202的反义锁核苷酸,实时荧光定量反转录PCR技术和整体原位杂交技术结果显示miR-202反义锁核苷酸可以显著下调斑马鱼胚胎中miR-202表达水平,同时发现反义抑制miR-202后胚胎发育停滞在4 hpf时左右。共同注射miR-202前体可以部分挽救反义抑制miR-202后导致的胚胎发育停滞。本研究证明miR-202在斑马鱼胚胎发育过程中起着重要的调控作用,其功能是斑马鱼胚胎早期发育所必需的。为进一步探索miR-202在鱼类胚胎发育过程的功能奠定了基础。