氮饥饿与磷饥饿促使缺刻缘绿藻花生四烯酸含量增加的比较

以富含花生四烯酸(AA)的缺刻缘绿藻H4301为研究对象,探讨了不同光照强度条件下氮饥饿与磷饥饿对藻生物量、AA及脂肪酸含量变化的影响。发现氮饥饿与磷饥饿均降低了藻类的生长速率与生物量,当在60 μmol photons/(m²·s)的低光照强度下,磷饥饿时的藻类平均生长速率最低［0.025 g/(d·L)］,不足BG-11完全培养基中该藻生长速率的一半;氮饥饿与磷饥饿均能提高藻细胞总脂肪酸及AA的含量,但在低光照强度下磷饥饿的促进效果比较差;无论是完全培养基中还是饥饿处理时,200 μmol photons/(m²·s)的高光照强度都不利于藻细胞AA及多不饱和脂肪酸的合成与积累;随着饥饿时间的不断持续,AA占总脂肪酸的百分含量逐渐增加,而亚油酸的百分含量逐渐降低,但在磷饥饿时,油酸的百分含量也增加,特别在高光照强度下,以油酸为主的单不饱和脂肪酸含量在第27天时占细胞干重的5.28%,以致AA含量的增加没有氮饥饿时的显著。从脂肪酸成分的变化来分析,该藻在氮或磷饥饿过程中主要是从亚油酸到γ-亚麻酸再到20∶3ω6这个途径来合成并积累AA,其中Δ6去饱和酶是限速酶,而ω3去饱和酶催化步骤受饥饿处理的负调控对确保AA的合成与积累有较大的积极作用。氮饥饿使藻细胞蛋白质合成受阻以及磷饥饿使核酸合成、糖类与能量代谢产生障碍,从而阻止藻类的生长并迫使细胞代谢流转向不含氮和磷的脂肪酸合成代谢,以提高藻细胞总脂肪酸及AA含量。     

缺刻缘绿藻溶血磷脂酰乙醇胺酰基转移酶(LPEAT)的基因克隆与特征分析

缺刻缘绿藻三酰甘油(TAG)中花生四烯酸(Ar A)占其总脂肪酸含量的68.0%。为了弄清Ar A是如何被优先地用于合成TAG,鉴于Lands循环是通过改变膜脂的脂肪酸组成进而影响TAG的脂肪酸组成,本研究选择在Lands循环中起关键作用的溶血磷脂酰乙醇胺酰基转移酶(LPEAT)作为突破口。运用反转录PCR与3′-及5′-c DNA末端快速扩增技术,自缺刻缘绿藻(Myrmecia incisa Reisigl)中克隆到MiLPEAT;它的c DNA序列全长1303 bp,其中,5′-非翻译区(UTR)长129 bp,3′-UTR长193 bp,开放阅读框长981 bp,编码326个氨基酸残基;以缺刻缘绿藻基因组DNA为模板扩增得到该基因长为1871 bp的DNA序列;这两序列的比对结果显示,MiLPEAT含有6个内含子,将其开放阅读框(ORF)分割成7个外显子。通过多序列比对及生物信息学分析,发现MiLPEAT存在一个磷酸酰基转移酶结构域Pls C,并含有LPEAT家族所具有的NH(x)4D、FPEGT等4个特征性模体;Wolfpsort等在线预测结果以及MiLPEAT羧基端存在的双赖氨酸模体\"KKxx\",暗示它可能位于内质网并参与分泌途径。基于不同植物LPEAT的氨基酸序列所构建的邻接聚类图表明,MiLPEAT因与2型LPEAT有不同的序列特征而形成不同的分支,但却与1型LPEAT聚类在一起,推测它们的功能可能更近似。通过荧光定量PCR检测,发现MiLPEAT的基因转录量在氮饥饿8 h时显著(P0.05)增加;与其变化相应的溶血磷脂酰乙醇胺(LPE)相对丰度却极显著地(P0.01)减少49%,但磷脂酰乙醇胺(PE)相对丰度的增加却不显著;推测在氮饥饿过程中增加的磷脂酰乙醇胺(PE)可能被磷脂:二酰甘油酰基转移酶作用以合成为TAG,致使缺刻缘绿藻TAG含量的增加。     

缺刻缘绿藻FAD基因的序列特征及其相对转录量对氮饥饿的响应

为探讨缺刻缘绿藻(Myrmecia incisa)花生四烯酸(20:4 6,AA)合成过程中一系列脂肪酸去饱和酶(FAD)的作用,本研究克隆了12、6及5 FAD基因的cDNA全长序列(GenBank登录号分别为JN205757、JN205755和JN205756)及其相应的DNA序列。它们的cDNA全长分别为1 806 bp、2 674 bp及2 318 bp,其中ORF长为1 137bp、1 443 bp和1 446 bp,分别编码由378、480和481个氨基酸组成的蛋白;通过其cDNA与DNA序列的比对,发现12、6及5 FAD基因分别具有4、5和7个内含子,其剪切位点均符合\"GT-AG\"规则。Δ12、Δ6和Δ5 FAD编码蛋白均富含疏水性氨基酸,约占各自氨基酸组成的52.8%、46.6%及50.9%。密码子的偏好性与缺刻缘绿藻其他基因保持一致。推测这3个FAD基因编码蛋白都存在4个跨膜区,而12和5 FAD还各有一个明显不跨膜的疏水区;都具有FAD家族各自相对保守的3个组氨酸簇基序。基于缺刻缘绿藻和其他物种相应的FAD基因编码蛋白序列所构建的Neighbor-joining(NJ)系统进化树,表明Δ12、Δ6、Δ5及ω3 FAD分别隶属于各自的分支,其中,Δ12与ω3 FAD的亲缘关系较近,而Δ6与Δ5 FAD具有较近的亲缘关系。利用实时荧光定量PCR(quantitative real-time PCR,Q-RT-PCR)分析这3个FAD基因在缺刻缘绿藻缺氮培养96 h后又恢复氮培养72 h过程中的相对转录量,结果表明这3个基因的相对转录量都受到氮信号的调控,它们随着氮饥饿培养时间延长明显上升,而氮恢复培养后迅速并显著地下降到氮饥饿胁迫前的水平。结合已知脂肪酸成分在此过程中的变化,推测这3个基因对缺刻缘绿藻AA的合成和积累都起着重要的作用,而Δ6 FAD的作用可能更关键。     

缺刻缘绿藻ω3脂肪酸去饱和酶基因的特性及在氮饥饿过程中相对转录量的分析

根据莱茵衣藻和普通小球藻ω3脂肪酸去饱和酶氨基酸序列(GenBank登录号分别为ABL09485和BAB78717)的保守区(TMFWALF和HHDIGTH)设计简并引物,以缺刻缘绿藻H4301总RNA为模板,通过反转录PCR和cDNA末端快速克隆技术(RACE),克隆了缺刻缘绿藻ω3脂肪酸去饱和酶基因的cDNA全长序列(GenBank登录号:EU658930),它与莱茵衣藻的这个基因具有69%相似性。该基因cDNA序列长2330bp,其中5'-非翻译区长107bp;3'-非翻译区912bp,且具有明显的poly(A)尾巴;开放阅读框1311bp,编码一个436个氨基酸的蛋白质,分子量为49.06ku,等电点7.85;该基因编码的蛋白为膜结合蛋白,含有2个疏水区域和3个保守的组氨酸簇基序。将该基因的cDNA序列与其DNA序列比对后,发现该基因在其编码区存在6个内含子,剪切位点均符合GT-AG规则。实时荧光定量PCR结果显示,在氮饥饿培养过程中,缺刻缘绿藻ω3脂肪酸去饱和酶基因的相对转录量在4h时可能因休克显著提高(P<0.05),然后开始下调,12h开始显著下降(P<0.05),并在20h降到最低(约为完全培...     

缺刻缘绿藻的光合膜脂与中性脂及其脂肪酸组成在氮饥饿/氮恢复培养过程中的变化

对缺刻缘绿藻(Myrmecia incisa)进行氮饥饿(4 d)/氮恢复(4 d和8 d)培养,研究其细胞中三酰甘油(TAG)和光合膜脂,主要是单半乳糖二酰甘油(MGDG)和二半乳糖二酰甘油(DGDG)的含量和脂肪酸组成的变化。结果表明TAG含量在氮饥饿胁迫下显著上升,而在氮恢复培养下逐渐下降;DGDG含量的变化趋势与TAG相反;MGDG的含量则始终呈现上升趋势。对脂肪酸组成进行分析发现花生四烯酸(ArA)主要存在于TAG中,且TAG中ArA的含量在氮饥饿胁迫下显著上升,并在氮恢复培养下逐渐下降。DGDG中ArA含量在氮饥饿/氮恢复过程中的变化与TAG中的相反;MGDG中ArA的含量在不同培养条件下始终增加。该结果表明在氮饥饿胁迫下DGDG可能向TAG合成提供ArA,而TAG在氮恢复后可向光合膜脂提供脂肪酸以供其合成。     

缺刻缘绿藻二酰甘油酰基转移酶2(DGAT2)的基因特性与功能鉴定

酰基-CoA:二酰甘油酰基转移酶(DGAT)是三酰甘油(TAG)合成过程中的关键酶。在缺刻缘绿藻转录组测序数据库中,通过同源搜索,发现了1个编码DGAT2的cDNA全长序列。该序列长1997 bp,其中,5’-非转录区(UTR)长44 bp,3’-UTR长897 bp,开放阅读框(ORF)长1056 bp,编码一个351个氨基酸的蛋白质,预测的分子量为39.43 kD,等电点为9.46。基于缺刻缘绿藻和其他物种相应的DGAT基因编码蛋白序列所构建的Neighbor-joining(NJ)系统进化树,结果表明该基因与DGAT2聚成一支,显著不同与DGAT1和DGAT3。氨基酸序列比对发现,该基因含有DGAT2所具有的HPHG这4个氨基酸所组成的高度保守特征序列。因此,将该基因命名为MiDGAT2基因。将它的cDNA与其DNA序列进行比较后发现,MiDGAT2基因含有6个内含子,其剪切位点均符合“GT-AG”规则。为进一步了解其功能,利用反转录PCR克隆了该基因的ORF序列,然后将其亚克隆到表达载体pYES2中,成功地构建了重组表达质粒pY-MiDGAT2。通过电穿孔法将该重组质粒转入酿酒酵母TAG合成缺陷株H1246中,经筛选与序列验证得到含有重组质粒pY-MiDGAT2的酵母转化株。酵母转化株在用SC培养基并加入半乳糖诱导表达培养后,其脂类的薄层色谱分析结果表明,所转的MiDGAT2基因能使酵母转化株恢复TAG合成的能力,从而证实了MiDGAT2基因具有DGAT的功能;利用荧光染料Bodipy对酵母细胞的染色结果显示,MiDGAT2基因能使酵母转化株的细胞重现油滴,尽管重建的油滴大小明显比野生型酵母的小。这些研究为缺刻缘绿藻TAG合成代谢途径与调控机理的探讨奠定了基础。     

缺刻缘绿藻CDP-乙醇胺:1,2-二酰甘油乙醇胺磷酸转移酶的基因特征与功能鉴定

运用反转录PCR与5'-及3'-末端快速扩增技术,从缺刻缘绿藻(Myrmecia incisa Reisigl)H4301中克隆到胞苷二磷酸(CDP)-乙醇胺:二酰基甘油乙醇胺磷酸转移酶(EPT)的基因MiEPT.其cDNA序列全长1914bp,其中,5'-非翻译区(UTR)长217 bp,3'-UTR长533 bp,...     

红螯螯虾冷休克蛋白Y-box编码基因的克隆及表达分析

采用RT-PCR和RACE技术,从红螯螯虾(Cherax quadricarinatus)血细胞中分离到冷休克蛋白Y-box编码基因的cDNA序列.结果显示,冷休克蛋白Y-box编码基因的长度为1 733 bp,其中包括82 bp的5’非翻译区、676 bp的3 ’非翻译区和975 bp的编码序列,可编码324个氨基酸.理论相对分子质量和等电点分别为35800和9.81.结构域分析和序列比对显示,红螯螯虾冷休克Y-box蛋白由3部分组成:富含丙氨酸或脯氨酸区域、冷休克结构域和带电荷区域,其中冷休克结构域高度保守.系统进化树分析表明,红螯螯虾冷休克Y-box蛋白与水蚤等节肢动物冷休克Y-box蛋白聚类,且三级结构非常相似.最适温度养殖条件下,冷休克蛋白Y-box的虾组织分布特异性研究表明,红螯螯虾神经组织的冷休克蛋白Y-box转录活性最强,而后依次为肝脏、血淋巴和鳃,在肠和心脏中也有活性,在肌肉组织中转录保持较低水平,揭示神经组织是重要的冷休克Y-box蛋白表达区.     

缺刻缘绿藻碳酸酐酶(CA)基因的序列克隆及特征分析

从缺刻缘绿藻的转录组数据库中搜索到5条编码该藻碳酸酐酶(carbonic anhydrase,CA)的contig序列,据此序列设计基因特异性引物,利用cDNA末端快速扩增(rapid amplification of cDNA ends,RACE)技术,克隆得到cDNA全长序列,分别命名为MiαCA1、MiαCA2、MiβCA1、MiβCA2和Mi,γCA,开放阅读框(ORF)长分别为963、1 089、1 041、738和687 bp,相应编码由320、362、346、245和228个氨基酸组成的蛋白.这些蛋白均富含疏水性氨基酸,分别占氨基酸总量的41.25％、45.31％、43.35％、42.45％和43.42％.基于缺刻缘绿藻和其他物种CA的蛋白序列所构建的Neighbor-Joining系统演化树显示,这些CA很明显地被聚类成α-、β-和γ-CA等3支.缺刻缘绿藻的2个α-CA都存在与Zn2结合的3个His残基,2个β-CA也具有与Zn2+结合的2个Cys残基和1个His残基,但Mi,,Γca中的Zn2+结合位点分别为Arg、His和Asn,不同于报道中的3个His.MiαCA1与莱茵衣藻的CAH3亲缘关系较近,因具有2个信号肽,它可能位于叶绿体的类囊体腔中并发挥作用.MiαCA2与莱茵衣藻的CAH1亲缘关系较近,因具有1个信号肽,可能在细胞的周质空间起着与CAH1类似的功能.MiβCA1和MiβCA2与莱茵衣藻的CAH7和CAH8亲缘关系更近,可能在细胞质中参与CO2和HCO3之间的转化.MiγCA则与高等植物的γ-CA聚在一起,可能位于线粒体内发挥作用.由此推测,自缺刻缘绿藻所克隆的5个CA基因应在细胞的不同部位协同作用,通过参与CO2和HCO3-之间的转化以调节Ph并实现CO2在细胞内转运的目的.     

三疣梭子蟹AACT基因克隆及其在卵巢发育中的表达分析

乙酰CoA酰基转移酶(acetyl-CoA C-acetyltransferase,AACT)是甲羟戊酸途径的初始酶,为了研究该酶在甲壳动物卵巢发育调控中的作用,用RT-PCR和cDNA末端快速扩增(RACE)技术,克隆得到三疣梭子蟹AACT(Pt-AACT)的cDNA全长(GenBank登录号:KM033231)。这段序列全长1 630 bp,包括1个101 bp的5'端非编码区,1个395 bp的3'端非编码区和1个1 134 bp的开放阅读框,编码377个氨基酸。对其氨基酸序列进行生物信息学预测,发现Pt-AACT属于疏水性蛋白,无跨膜结构域,存在2个硫解酶特异性保守区。与其他已公布物种的AACT氨基酸序列进行比对,发现与金小蜂、埃及伊蚊等同源性最高(均为72%)。系统进化树结果显示,Pt-AACT与昆虫AACT聚为一支,用实时荧光定量PCR(qRT-PCR)技术,分析三疣梭子蟹AACT的组织表达差异及在卵巢发育中的表达变化,结果表明AACT在大颚器中表达量最高,在其余组织中表达量较低,差异显著;在卵巢发育Ⅰ期表达量最高,与其他期存在极显著差异。表明AACT可能在三疣梭子蟹卵巢发育中具有一定调控作用。     

单环刺螠Vasa基因的早期发育表达图式

Vasa基因编码DEAD-box家族成员中一种ATP依赖的RNA解旋酶,是决定生殖系发育的重要调控因子之一。采用同源克隆策略及SMART-RACE技术,克隆了海洋经济螠虫动物单环刺螠Vasa基因的全长cDNA,该序列长4 080 bp,开放阅读框2 322 bp,编码733个氨基酸,具有DEAD-box蛋白家族共有的全部9个保守域。整体原位杂交和半定量RT-PCR结果显示,Vasa基因在未受精卵、受精卵、2～8细胞的早期胚胎中均有明显的表达,显示其母源性提供的特点;从囊胚开始,表达量明显降低,在原肠胚表达信号主要集中在内中胚层细胞中;至担轮幼虫,表达信号进一步集中在消化道处;当发育至体节幼虫时,阳性细胞分布于消化道和体节的隔膜处,进入蠕虫状幼虫,信号仅在头部的腹刚毛附近以及后肠周围的细胞中表达。实验结果为探知刺螠动物生殖系的起源和分化以及低等型生殖腺的发生提供重要的数据。     

拟态弧菌的绿色荧光蛋白标记及其在感染草鱼体内的动态分布

为了示踪研究拟态弧菌感染草鱼的动态过程,将增强型绿色荧光蛋白编码基因EGFP克隆至质粒pBAD24,并转化到拟态弧菌04-14菌株构建荧光标记重组菌.重组菌经阿拉伯糖诱导后,能高效表达EGFP蛋白;荧光显微镜观察和流式细胞仪检测均发现重组菌能够发出明显的绿色荧光信号,且传至30代后质粒稳定率仍为100％;生物学特性检测结果显示,与野生株相比,重组菌的形态、生长特性和细胞黏附性均未发生明显改变.用标记重组菌浸泡感染草鱼,定点采集鳃、肠道、肌肉、头肾、脾脏和肝脏,借助荧光信号检测4d内细菌在不同组织脏器中的动态分布.结果发现感染4h后即可在肠道和鳃中检测到绿色荧光信号,标记菌检出量分别为3.60×108和2.36×106 CFU/g,直至10 h,其含量无明显变化,12 h后含菌量逐渐下降,但持续存在直至鱼死亡.标记菌在肌肉、头肾、脾脏和肝脏中呈现相似的动力学,感染24 h后才检测到荧光信号,24～ 85 h时间段含菌量呈现先增加后下降的变化,48 h达到峰值,检出量分别为9.58×104(肌肉)、8.75×104(头肾)、1.50×104(脾脏)和4.50×104 CFU/g(肝脏),但均低于肠道中的检出量,结果表明肠道是拟态弧菌黏附定植与繁殖的主要靶器官.     

黄颡鱼促黄体激素受体基因克隆及在雌鱼繁殖周期中的表达

通过简并引物扩增及SmartTM Race技术,首次克隆了黄颡鱼促黄体激素受体(LHR)基因cDNA全长序列.该基因全长2 524 bp,编码701aa,含有属于糖蛋白激素受体(GpHR)家族的典型跨膜螺旋结构区域(TM helix).9个富含亮氨酸的重复性序列(LRRs);4个潜在的N-端糖基化位点:29NFTC,82 NVSR,203 NGSR,548NLTV;24个Ser,6个Thr和5个Tyr磷酸化位点.同时400S为潜在的PKC位点.通过RT-PCR分析组织表达,卵巢繁殖周期中卵巢和脑的表达水平并结合血浆中E2含量的变化,发现LHR在卵巢中大量表达,其次是脑、肾脏、心脏、肝脏和肠存在少量或微量的表达;在卵巢繁殖周期中,卵巢LHR表达从Ⅲ期-V期处于较高水平,V期达到最高峰,随后下降到最低值;而脑的表达高峰出现在Ⅳ期,与血浆中E2变化相一致.推测卵巢和脑中LHR基因参与卵黄的生成,调控卵母细胞的成熟和排卵.     

南方鲇幼鱼运动代谢的个体变异和重复性及其饥饿响应

为考察温水性鱼类运动代谢的种内个体变异和重复性及其对饥饿的反应,本研究以南方鲇幼鱼为实验对象,在(25±0.5)℃条件下,在饥饿前(测定Ⅰ)后(测定Ⅱ)分别测定饥饿组[(12.15±0.14)g,n=29,饥饿2周]和对照组[(12.00±0.23)g,n=28,每隔一天投喂一次4％ ～5％体质量黄鳝肉块]的静止代谢率(MO2rest)、临界游泳速度和活跃代谢率(MO2active),并计算有氧代谢空间(AMS=MO2active-MO2rest)、单位距离耗能(COT)和最适游泳速度(Uopt).结果显示:(1)饥饿之后,饥饿组的MO2rest,MO2active和AMS分别下降了8.6％,36.3％和44.1％,而对照组的MO2rest较其两周前的上升25.9％,其MO2active的无显著变化导致AMS下降了12.6％,但该降幅明显小于饥饿组.(2)饥饿组MO2rest的变异系数(CV)变小,其MO2active和AMS的CV却变大,而对照组相应指标的CV呈反向的变化趋势.饥饿组MO2rest,MO2active和AMS的重复比例均相应低于对照组.(3)饥饿组在两次测定中运动耗氧率与游泳速度的线性方程的斜率保持不变,但其截距明显下降,对照组的斜率和截距均无明显变化;饥饿导致南方鲇运动耗氧率的重复性下降.(4)饥饿组的最小COT(COTmin)和Uopt分别下降25％和11.3％,对照组的COTmin和Uopt也分别降低8％和4.8％,但均明显小于饥饿组.研究表明:在环境食物资源匮乏情况下,南方鲇表现出较高的运动代谢重复性,其降低最适游泳速度并提高游泳效率的策略是对饥饿环境的一种生态适应,可能有助于提高该种鱼的存活率.