低频声波频率下瘤背石磺CaM-like、CaMKII基因的表达及功能

长期栖息于潮间带的动物能够感知当地的潮汐规律,形成潮汐记忆的能力。本研究以栖息于潮间带的瘤背石磺(Onchidium reevesii)为对象,研究其通过感知潮汐来临时产生的低频声音来调节其行为与潮汐节律相协调的分子机制。通过RACE-PCR技术克隆到CaM-like基因的cDNA序列,并进行生物信息学分析和qRT-PCR实验。结果显示,瘤背石磺CaM-like基因的cDNA全长2321 bp,包括5′非编码区(UTR)366 bp,3′非编码区(UTR)1337 bp,618 bp的开放阅读框编码206个氨基酸;预测该基因编码的多肽链的原子数量是3165,分子量约为23029.64 kD,理论等电点4.64,分子式是C_(1018)H_(1544)N_(274)O_(320)S_9。N端信号肽由29个氨基酸组成。氨基酸序列比对构建系统进化树,结果显示瘤背石磺CaM-like基因与静水椎实螺(Lymnaea stagnalis)、光滑双脐螺(Biomphalaria glabrata)的CaM-like基因的亲缘关系最接近,这与传统形态学分类相吻合。在实验室内模拟潮汐中低频声音刺激瘤背石磺,应用qRT-PCR检测CaM-like基因在不同组织的分布情况,结果显示CaM-like mRNA在瘤背石磺不同组织均有表达,但神经节部位的表达量显著高于背部皮肤、腹足、肠、肝胰腺、口器和蛋白腺等组织(P0.05),推测其可能参与神经系统的可塑性调节。荧光定量结果显示CaM-like、CaMKII基因分别在25 Hz和50 Hz低频声波下刺激12.4 h表达量较高,初步推测其能感知25～50 Hz声波频率。这可能与栖息于潮间带中的瘤背石磺长期感知12.4 h半日潮潮汐周期节律,形成潮汐记忆有关。本研究将为进一步深入了解瘤背石磺感知潮汐节律的分子机制奠定基础,也为探究海洋动物由海洋向陆地进化过程中对环境的适应机制提供依据。     

石磺钙调蛋白Os-IP3R和Os-RyR基因的克隆、相对表达量及进化关系

为明确石磺钙通道蛋白1,4,5-三磷酸肌醇受体（IP₃R）基因和蓝尼碱受体（RyR）基因的序列和结构信息,初步研究不同石磺中的Onchidium struma-IP₃R/Onchidium struma-RyR（Os-IP₃R/Os-RyR）基因表达量百分比与石磺系统进化的相关性,实验在瘤背石磺表皮转录组数据库的基础上,克隆得到2条钙通道蛋白基因Os-IP₃R和 Os-RyR,利用生物信息学技术对该基因及所编码蛋白的结构特征进行分析,并通过qRT-PCR技术分析2个基因在瘤背石磺、平疣桑椹石磺和紫色疣石磺各组织中的表达情况。结果显示,Os-IP₃R核酸序列为4 574 bp,包括2 808 bp的开放阅读框,共编码935个氨基酸,预测编码的蛋白有6个跨膜区;Os-RyR核酸序列为1 253 bp,包括1 131 bp的开放阅读框,共编码376个氨基酸,预测编码的蛋白有3个跨膜区。将瘤背石磺IP₃R和RyR的氨基酸序列进行比对,发现位于钙离子通道区的G*R*GGG*GD序列处高度保守;发现3种石磺Os-IP₃R/Os-RyR 的相对表达百分比的高低顺序与各石磺从陆地到浅海的梯度分布趋势相一致,依次为瘤背石磺>平疣桑椹石磺>紫色疣石磺;石磺的陆栖性越强,则Os-IP₃R/Os-RyR 的相对表达百分比越高。不同种石磺的Os-IP₃R/Os-RyR表达量百分比的研究能为分析海洋无脊椎动物由海洋向陆地进化学说提供新的分子生物学线索。     

瘤背石磺肌球蛋白重链(MyHC)基因的克隆与表达分析

肌球蛋白是动物体内重要的功能性马达蛋白,调控机体的信号传导、肌肉收缩和细胞器运动,为探究肌肉在瘤背石磺(Onchidium struma)由海洋向陆地进化过程中发挥作用的分子机制,实验以石磺科4种贝类转录组数据为基础,采用RACE方法从瘤背石磺肌肉中首次克隆到肌球蛋白重链(Myosin heavy chain,MyHC)基因cDNA的全长并进行组织表达分析。研究结果显示,瘤背石磺MyHC基因cDNA全长为7566 bp,包括5895 bp的开放阅读框,228 bp的5'端非翻译区,1443 bp的3'端非翻译区,共编码1964个氨基酸。预测该基因编码的蛋白质由31713个原子组成,分子式为C_(9765)H_(15897)N_(2849)O_(3150)S_(52),分子量约为225.28 kDa,理论等电点为5.56,N端信号肽具有29个氨基酸长度。瘤背石磺MyHC具有2个保守结构域MYSc_class_Ⅱ和Myosin_tail_l,且亲水性氨基酸集中在Myosin_tail_l区。系统进化树分析显示,瘤背石磺MyHC与光滑双脐螺(Biomphalaria glabrata)MyHC的亲缘关系最近。RT-PCR结果显示,MyHC基因在各个组织中均有表达,腹足和背部皮肤表达量最高,腹部皮肤、口球、肺囊中高表达,肝胰腺、蛋白腺、两性腺中微量表达(P0.05)。MyHC基因在瘤背石磺的主要运动器官腹足中高表达,说明肌肉运动对瘤背石磺湿地环境的两栖适应性具有至关重要的作用。实验结果为今后进一步研究瘤背石磺肌球蛋白重链基因进行原核表达及多克隆抗体的制备奠定了良好基础,更为深入探讨海洋无脊椎动物从海洋向陆地进化的研究提供有参考意义的分子依据。     

瘤背石磺代谢蛋白PAK2基因的克隆、相对表达量及进化分析

p21活化蛋白激酶2(PAK2)在生物中具有促进细胞增殖生长、抗凋亡等重要作用,可激活细胞增殖生长相关基因的表达。为探究PAK2基因在石磺细胞增殖代谢中的作用,通过RACE技术克隆得到瘤背石磺(Onchidium reevesii)PAK2基因的cDNA全长,并利用实时荧光定量PCR(q RT-PCR)技术分析PAK2基因在不同组织中的相对表达情况。结果表明,瘤背石磺PAK2基因cDNA全长1 809 bp,包含1 488 bp的开放阅读框,共编码495个氨基酸,基因序列较为保守。序列分析结果显示,瘤背石磺和光滑双脐螺(Biomphalaria glabrata)PAK2基因相似度达到83%,氨基酸序列同源性高达88%。通过生物进化分析研究得出瘤背石磺与绿色海蜗牛(Elysia chlorotica)的进化关系相对较近。q RT-PCR结果显示,肠道和背部PAK2基因表达量明显高于其他组织,其次为神经组织和肝胰腺,腹足、口器和性腺的表达量处于中等水平,而蛋白腺表达最低。初步阐明了瘤背石磺PAK2基因的生物信息学特征以及在各组织中的表达水平,为研究其在石磺科贝类中的具体作用机理奠定了基础。     

瘤背石磺钙/钙调蛋白依赖性蛋白激酶Ⅳ(CaMKⅣ)基因的克隆及组织表达

钙/钙调蛋白依赖性蛋白激酶Ⅳ(CaMKⅣ)是一种广泛存在于真核生物中的调控因子,在生物体内具有多种生理功能。为了探究瘤背石磺中Ca MKⅣ的作用和分子机制,为进一步阐述Ca MKⅣ的生理功能提供科学的理论依据。本实验以瘤背石磺神经节为实验材料,利用RACE-PCR技术克隆得到CaMKⅣ基因的cDNA序列,并进行生物信息学分析和q RT-PCR实验。结果显示,瘤背石磺Ca MKⅣ基因的c DNA全长1 603 bp,开放阅读框为1 032bp,5′非编码区315 bp,3′非编码区256 bp,共编码343个氨基酸;预测该基因编码的多肽链原子数量是5 490,分子量约为3.87 ku,理论等电点6.12,分子式为C1741H2768N452O514S15,N端信号肽由1～29个氨基酸组成。氨基酸序列比对及系统进化树结果显示,瘤背石磺CaMKⅣ基因与加州海兔、光滑双脐螺CaMKⅣ基因的亲缘关系最为接近,其系统进化分析与传统的形态学分类相吻合。荧光定量PCR结果显示,CaMKⅣ基因在各个组织均有表达,其中在腹足的相对表达量最高,其次是背部皮肤、口器,而在神经节组织、蛋白腺、肠、肝胰腺等脏器组织的相对表达量较低,初步推测,该基因在瘤背石磺的神经调节中发挥重要作用,或为生物机体感知外界环境变量因素的分子基础。本实验为今后进一步了解瘤背石磺神经结构生理功能的调节以及与CaMKⅣ基因功能研究奠定理论支撑,也为探究海洋动物由海洋向陆地进化过程中对环境的适应机制提供参考。