低温对斑马鱼ZF4细胞基因组DNA甲基化水平的影响

低温压力会导致鱼类生理功能失调、机体损伤甚至死亡,鱼类会产生各种适应性变化来应对低温压力,其中涉及的表观遗传学机制越来越受到重视。为了探讨鱼类低温应激压力下的表观遗传学调控机制,本研究对斑马鱼(Daniorerio)胚胎成纤维细胞ZF4进行短期低温胁迫(18℃处理3d、5d和10℃处理3d、5d)和长期低温胁迫(18℃处理30 d),然后用具有不同甲基化敏感性的同裂酶HpaⅡ和MspⅠ对细胞基因组DNA进行酶切以监测细胞基因组DNA甲基化水平变化。结果显示短期低温胁迫下ZF4细胞生长受到抑制甚至死亡,而经过长期低温胁迫的ZF4细胞对低温压力产生了一定适应性。并且低温胁迫下DNA甲基化水平呈现动态变化,短期低温培养细胞的基因组DNA甲基化水平明显增高,但是长期低温培养细胞的DNA甲基化水平反而下降。此外,研究发现抗氧化剂N-乙酰半胱氨酸(N-acetylcysteine,NAC)或者共济失调–毛细血管扩张突变蛋白(ataxia telangiectasia mutated,ATM)抑制剂KU-55933可以抑制18℃5 d低温处理后的ZF4细胞DNA甲基化水平的增高,说明活性氧(reactive oxygen species,ROS)的产生和ATM的激活介导了DNA甲基化水平的增高。本研究结果显示,短期低温刺激下ZF4细胞ROS的产生导致DNA损伤,激活DNA损伤修复机制,进而导致基因组DNA甲基化水平上升,该研究为后期斑马鱼低温胁迫分子机制的研究奠定基础。     

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。     

低温驯化下斑马鱼LINE1的表达检测

长散布核元件-1(Long spread nuclear element-1,LINE1)是跳跃基因。前期比较基因组研究发现,南极鱼经历漫长的低温适应进化后,与南极圈外的同亚目鱼类相比较,在基因水平上LINE1的扩增效率高达8~300倍,但LINE1的扩增与鱼类抵御寒冷之间的关系尚未明了。本实验对斑马鱼(Danio rerio)胚胎成纤维细胞ZF4进行了不同时间梯度的低温处理(18℃、5 d和18℃、30 d),同时对斑马鱼成鱼也进行了不同时间的低温处理(10℃,3 h、6 h、1 d、3 d、5 d)。采用RT-qPCR检测了LINE1的mRNA水平,并克隆了斑马鱼LINE1基因启动子区,利用Luciferase双荧光报告系统,在ZF4细胞中验证LINE15’UTR在低温压力下的生物活性。结果显示,短时间低温处理下,ZF4细胞中LINE1 mRNA水平有所降低,而在长时间低温处理中,LINE1的mRNA水平显著升高。在成鱼中,短时间低温处理下,LINE1 mRNA水平降低;长期低温处理下,LINE1 mRNA水平显著升高。在ZF4细胞中发现,LINE15’UTR具有生物活性。在低温处理(18℃,3 d)下,报告基因信号减弱,间接表明LINE1启动子活性减弱。研究结果表明,低温压力会影响LINE1在鱼类中的表达。本研究为进一步探究LINE1在鱼类适应低温环境中的作用机制奠定了基础。     

低温压力对ZF4细胞组蛋白修饰的影响

为探索低温压力对斑马鱼细胞组蛋白修饰的影响,建立并优化使用斑马鱼(Danio rerio)成纤维细胞ZF4进行染色质免疫共沉淀(chromatin immunoprecipitation, ChIP)的条件。本研究分别优化了ChIP过程中裂解细胞所使用的NP-40浓度、超声破碎的时间,确定了最佳NP-40浓度为0.2%,超声时间为20 min。利用针对β-actin启动子区域的引物,通过常规PCR初步验证ChIP实验是否成功。琼脂糖凝胶电泳结果显示, IgG组常规PCR产物基本无条带,H3K27me3组条带较暗, H3K4me3和H3K27ac组有较亮条带,初步说明实验可靠。使用正常培养(28℃)与长期低温驯化(18℃, 30 d)的斑马鱼成纤维细胞ZF4作为实验材料,通过优化之后的ChIP技术进行实验。分别使用qPCR和ChIP-qPCR检测低温驯化对肿瘤坏死因子b(tumor necrosis factor b,tnfb)基因表达以及其启动子区域H3K4me3、H3K27ac、H3K27me3的影响。qPCR结果显示tnfb基因经过低温驯化后上调,而ChIP-qPCR结果显示,tnfb基因启动子区域的H3K4me3、H3K27ac富集度也出现升高, H3K27me3没有明显变化,提示低温压力可能通过影响tnfb基因启动子区域的H3K4me3、H3K27ac水平来调控tnfb基因的表达。本研究建立并优化的ChIP实验条件可以用来研究ZF4细胞组蛋白修饰变化,为下一步探索低温压力对斑马鱼细胞全基因组组蛋白修饰的影响奠定基础。     

低温胁迫对日本对虾抗氧化系统和细胞凋亡的影响

日本对虾(Marsupenaeus japonicus)适宜生长温度为23℃～32℃,由于北方地区冬季温度较低,严重影响日本对虾养殖周期,因此,培育耐低温的新品种非常重要.将(14.24±1.12)g的日本对虾暴露于10℃、16℃、22℃水体中72h,以28℃水体中的对虾为对照组.结果显示,对虾鳃和肝胰腺的总抗氧化能力...     

大黄鱼冷诱导结合蛋白(CIRP)基因cDNA克隆及低温胁迫对其时空表达的影响

为研究冷诱导结合蛋白(CIRP)在大黄鱼低温适应过程中的作用,采用同源克隆技术获得了大黄鱼CIRP基因,并通过实时荧光定量PCR(qRT-PCR)技术检测了低温胁迫下大黄鱼各组织中CIRP基因的表达变化。结果显示,大黄鱼CIRP基因cDNA序列全长1211 bp,推测编码一个由182个氨基酸组成、分子量为19 ku的蛋白。序列比对显示硬骨鱼类CIRP基因序列较为保守,特别是N端的RNA识别基序(RRM)高度保守。系统进化树分析显示大黄鱼CIRP与银鳕相似性最高(81.5%),所有硬骨鱼类聚为一个大支。慢性低温胁迫中(12℃缓降至6℃),皮肤和肌肉中CIRP基因的表达量呈随温度降低而升高的趋势,6℃时表达量分别为12℃时的11.56倍和9.03倍;鳃、脑和心脏中CIRP基因表达量均呈先显著上升后显著下降的趋势,其峰值均出现在8℃时,表达量分别为12℃时的5.07、7.69和2.83倍;肠、肾脏、肝脏和脾脏中的表达量随温度降低而下降,6℃时的表达量最低,与12℃时相比降幅分别为80.0%、65.6%、91.2%、55.6%。急性低温胁迫(由12℃骤降至8℃并胁迫4 h)条件下,鳃、皮肤、脑、肝脏、心脏中CIRP基因表达量均呈先升高后降低的变化,反映了机体对低温胁迫的应激、适应过程;肌肉和肠中的表达量则始终显著低于胁迫前。慢性和急性低温胁迫中各组织CIRP表达量变化的差异提示,大黄鱼机体在低温胁迫响应和适应中有着多种调节机制。研究表明,CIRP基因参与了大黄鱼应对低温胁迫的过程。     

红鳍东方鲀低温胁迫应答主效QTL候选基因的表达特征分析

红鳍东方鲀(Takifugu rubripes)为暖温性、广温性鱼类,低温的冬季海水会对其生存造成很大影响,因此,选育具有抗寒性状的品系对其产业发展具有重要意义。本研究在利用QTL (quantitative trait locus)定位分析筛选出6个与红鳍东方鲀耐低温相关的候选基因(tacc2、fsip1、exoc4、arhgap44a、pde10a和unc5b)的基础上,通过Real-time PCR检测这6个基因在低温胁迫下在肝脏、心脏和肾脏中表达量的变化。实验用鱼为课题组建立的同一家系的8月龄鱼,共设置3个温度梯度(8 ℃、13 ℃和18 ℃),8 ℃和13 ℃为低温组,18 ℃为对照组。结果显示,6个基因在不同温度下的3个组织中均有不同程度的表达。其中,pde10a基因在3个组织中的表达均呈先升高后下降的趋势;tacc2和exoc4基因在8 ℃组肝脏、肾脏以及心脏中的表达分别呈先下降再趋于稳定、先升高再趋于稳定和先上升后下降的趋势;unc5b基因在肝脏和心脏中的表达量较低,在低温组实验前期的肾脏中呈现高表达;arhgap44a基因在肝脏中的表达呈上升趋势,在心脏和肾脏中整体表达无明显变化;fsip1基因在肝脏中的表达呈下降趋势,在心脏和肾脏中的表达呈先上升后下降的趋势。这6个基因在红鳍东方鲀组织中均随着时间和温度变化具有差异性表达,在低温胁迫下呈现积极响应,表明这6个QTL候选基因在红鳍东方鲀低温适应中具有潜在的重要作用。本研究可为红鳍东方鲀耐低温相关信号通路研究以及耐低温品种选育提供理论依据。     

低温胁迫对暗纹东方鲀肠道氧化应激、细胞凋亡及肠道微生物组成的影响

为了探究低温胁迫对暗纹东方鲀肠道氧化应激、细胞凋亡及肠道微生物组成的影响,实验测定了3个处理温度 (25、19和13 °C),4个取样时间点 (0、6、24和96 h)下氧化应激、细胞凋亡与肠道微生物相关指标。结果显示,与对照组相比,随着温度降低肠道绒毛发生坏死、增生和杯细胞肿大。总超氧化物歧化酶 (T-SOD)、过氧化氢酶 (CAT)、谷胱甘肽过氧化物酶 (GSH-Px)的活性以及丙二醛 (MDA)含量显著增加。肠道微生物组成多样性降低。肠道微生物丰度发生改变,如黄色杆菌属、副球菌属、乳球菌属和双歧杆菌属的丰度随温度降低而上升,梭菌属、气单胞菌属和嗜热芽孢杆菌属的丰度随温度上升而下降。细胞凋亡相关基因 (caspase-3、caspase-7、caspase-9、p53、Bax和Bcl-2)的表达随温度降低升高。此外,实验发现副球菌属和嗜热芽孢杆菌属丰度的改变与肠道氧化应激、细胞凋亡均具有Pearson相关性,其可作为潜在微生物用来反映暗纹东方鲀是否处于氧化应激和细胞凋亡状态。本研究结果可为暗纹东方鲀健康养殖提供基础资料。     

低温胁迫对尼罗罗非鱼水通道蛋白(Aquaporin 1，AQP1)基因(AQP1)表达的影响

以经过连续多代抗寒选育获得的尼罗罗非鱼(Oreochromis niloticus)耐寒品系为实验材料, 克隆了尼罗罗非鱼水通道蛋白基因(AQP1)的cDNA序列, 并采用实时荧光定量PCR分析方法探讨了低温胁迫对罗非鱼AQP1基因表达水平的影响。序列分析结果显示, 尼罗罗非鱼AQP1 cDNA长度为1 098 bp, 包含36 bp的5′端非翻译区序列、783 bp开放阅读框(ORF)和279 bp的3′非翻译区序列, 编码261个氨基酸。氨基酸序列比对表明, 各物种间AQP1序列的同源性较高(96%~59%)。聚类分析表明, 尼罗罗非鱼首先与同属鲈形目丽鱼科的斑马拟丽鱼(Maylandia zebra)聚在一起, 再与其他硬骨鱼类聚为一类。实时荧光定量PCR 结果表明: 在水温从30℃逐渐降到10℃过程中, 肌肉和肝组织AQP1基因的表达量从20℃开始均逐渐下调。其中肌肉组织中, 与30℃时的表达量相比, 耐寒品系在20℃时表达量大幅度下调, 当水温为15℃时, 其表达量下调幅度为22.16倍。当水温降到10℃时, 其表达量下调了107.73倍。而对照组AQP1基因的表达量在15℃时, 下调幅度为5.38倍。当水温达到10℃时, 其表达量下调幅度为11.30倍。结果分析显示, 耐寒品系与对照组AQP1基因在低温条件下的表达量存在显著性差异(P<0.05)。而在肝组织中, 当水温降到15℃时, 耐寒品系和对照组的表达量下调幅度分别为3.38倍、1.42倍。水温降到10℃时, 其表达量上调幅度分别为18.85倍、9.01倍。结果分析表明, 低温条件下耐寒品系与对照组AQP1基因在肝组织中的表达差异不显著(P>0.05)。结果表明, AQP1表达对温度敏感, 耐寒品系较高的耐寒能力与其在低温条件下的肌肉组织大幅上调表达有关。由此可见, AQP1基因在罗非鱼低温适应过程中发挥重要作用, 是潜在的研究罗非鱼耐寒机制的候选基因之一, 本研究为进一步研究罗非鱼的耐寒分子机制和开展鱼类抗逆育种提供参考。

     

Effects of nutritional status and diet composition on fatty acid transporters expression in zebrafish (Danio rerio)

This study investigated the expression of zebrafish (Danio rerio) fatty acid transporters, such as scavenger receptor CD36, plasma membrane fatty acid‐binding protein (FABPpm), and fatty acid transport protein family (FATPs), in responses to nutritional status and diet composition. For diet composition study, three isonitrogenous (43% crude protein) purified diets were formulated to contain 6%, 12% and 18% crude lipid levels. Meanwhile five isonitrogenous and isoenergetic purified diets were formulated to contain different lipid sources including fish oil (FO; rich in n‐3 HUFA), palmitic acid (PA; rich in C16:0), olive oil (OO; rich in C18:1n‐9), sunflower oil (SO; rich in C18:2n‐6) or perilla oil (PO; rich in C18:3n‐3) as the sole lipid source. Results showed that liver CD36, FABPpm‐a, FABPpm‐b, FATP1‐a and FATP6, intestine CD36, FABPpm‐a and FABPpm‐b, and muscle CD36 and FATP1‐b were significantly increased during postprandial period. During starvation, liver CD36, FABPpm‐a, FABPpm‐b and FATP1‐a, intestine FABPpm‐a, FABPpm‐b, FATP4 and FATP6, and muscle FATP1‐b, FATP4 and FATP6 were significantly increased. The expression of some fatty acid transporters (including liver CD36 and FABPpm‐b, intestine FABPpm‐a, and muscle CD36, FABPpm‐a, FATP1‐a, FATP2 and FATP4) was up‐regulated by refeeding, while the expression of other fatty acid transporters (liver FABPpm‐a and intestine FATP1‐a, FATP4 and FATP6) was down‐regulated by refeeding. The expression of several fatty acid transporters (liver FATP2 and FATP4, and intestine CD36, FATP2 and FATP4) was significantly increased by high‐lipid diet, whereas CD36, FATP1‐b, FATP2 and FATP4 expression in the muscle were reduced by increasing dietary lipid level. Compared with FO group, the muscle of fish fed the diet with OO had a higher CD36 mRNA abundance, while the muscle of fish fed the diet with OO and PO had a higher FATP1‐b expression. Compared with the FO group, the hepatic FATP2 mRNA was significantly increased in the PA group, while the intestine FATP2 mRNA was significantly increased in the SO and PO groups. In addition, intestine FATP4 expression in the PA and OO groups was lower compared with the FO group. The results indicate that zebrafish fatty acid transporters play a central role in coordinating the mobilization of fuel substrates in responses to nutritional status and diet composition.     

高温胁迫对哲罗鱼血液指标和热休克蛋白基因的影响

为探讨高温对哲罗鱼(Hucho taimen)血液指标和热应激蛋白基因表达的影响,本研究选取50尾2龄哲罗鱼进行高温胁迫试验.结果显示:高温时哲罗鱼体内供氧相关的红细胞和血红蛋白增加;淋巴细胞上升,但非特异免疫的中性粒细胞和单核细胞功能受到抑制;肝功能指标显示ALP增高;肾功能指标CREA-S含量表现先下降后上升的趋势...     

低氧胁迫对瘤背石磺Toll样受体4、血细胞和免疫酶活性的影响

为探究瘤背石磺面临低氧环境时固有免疫的应激机制,以RACE法对瘤背石磺TLR4 基因进行全长克隆,并进行生物信息学分析,测定了低氧胁迫下瘤背石磺TLR4基因的表达变化,以及分析了血细胞活力和溶菌酶（LSZ）活性、肝脏中超氧化物歧化酶（SOD）活性和碱性磷酸酶（ALP）活性。结果显示,瘤背石磺TLR4基因cDNA全长共3 605 bp,包括编码956 aa氨基酸的2 817 bp开放阅读框。系统进化树表明瘤背石磺TLR4基因与光滑双脐螺TLR4基因的进化地位较为接近。qRT-PCR结果显示TLR4基因在瘤背石磺7个组织中均有表达,其中表达量最高的是肝脏。低氧胁迫下,各组织中TLR4基因的表达量皆显著上升,其中神经节在4h时率先达到峰值。此外,血细胞活力、LSZ活性、ALP活性都是呈先下降后上升的趋势,而SOD活性呈先上升再下降再上升的趋势,波动幅度最为明显。研究结果初步说明了TLR4的生理功能,为探究潮间带生物免疫系统的低氧应激机制提供理论参考。     

低盐胁迫下松江鲈ATP1A3和ATP2B1基因的表达变化规律

为了探究Na+/K+-ATP酶和Ca2+-ATP酶在松江鲈(Trachidermus fasciatus)应对低盐胁迫过程中的调节作用,本研究基于前期转录组数据,获取目标基因ATP1A3 (Na+/K+-ATP酶α3亚基基因)和ATP2B1 (Ca2+-ATP酶1基因)的序列信息并进行了系统进化分析。利用实时荧光定量PCR技术检测了松江鲈的鳃、肠、肾脏和肝脏组织中2个基因在2种低盐胁迫处理(盐度渐变处理,盐度变化速率为1.1/h;盐度骤变处理,盐度变化速率为27/h)下,不同时间点(0 h、12 h、24 h和48 h)的表达水平。系统进化分析结果表明,ATP1A3和ATP2B1基因分别聚类形成独立分支;在各基因分支中,松江鲈与已报道的鲈形目和鲽形目等鱼类共同聚在硬骨鱼类分支中。在2种低盐胁迫处理下,2个基因在鳃、肠、肾脏和肝脏组织中的表达量呈现不同的变化趋势。鳃组织中ATP1A3表达量在盐度渐变处理下先上升后下降,ATP2B1表达量仅在24 h显著升高;盐度骤变处理下,ATP1A3表达量显著下降,ATP2B1表达量显著上升。2种盐度渐变处理下,肠组织中ATP1A3表达量均在24 h显著下降;ATP2B1表达量在盐度渐变处理下显著上升,盐度骤变处理下在24 h显著上升。在盐度渐变处理下,肾脏组织中2个基因的表达量均在24 h显著上升至最大值;ATP1A3表达量在盐度骤变处理下显著上升,ATP2B1表达量在12 h和48 h显著上升。肝脏组织中2个基因的表达量在盐度渐变处理下均无显著变化;盐度骤变处理下,ATP1A3表达量持续显著上升,ATP2B1表达量在48 h显著上升。结果表明,低盐胁迫处理显著影响了ATP1A3和ATP2B1基因的表达水平,但2个基因的表达量变化规律存在显著性差异。上述结果为探讨Na+/K+-ATP酶和Ca2+-ATP酶在鱼类渗透压调节过程中的作用及洄游性鱼类适应盐度变化的分子调控机制提供了理论依据。     

拟穴青蟹ANT2基因在不同温度和盐度条件下的应激表达

采用qRT-PCR技术, 对不同温度(10℃, 15℃, 20℃, 25℃)以及低温(10℃, 15℃)和盐度(10, 35)联合作用下拟穴青蟹(Scylla paramamosain)(甲壳长3.7~5.8 cm, 体质量80~100 g) ANT2基因的表达进行了检测。结果表明: 在4个温度下肝胰腺、肌肉、鳃中ANT2基因表达量依次为低、中、高, 存在组织表达特异性。随着温度降低, ANT2基因总体上趋低表达, 但在15℃时ANT2基因在肌肉(1~12 h)和鳃中均显著高于20℃(P<0.05)。该结果提示, ANT2基因与能量代谢相关, 且在一定低温下被诱导表达, 可能参与低温胁迫的应答。相同低温下, 3种组织中ANT2基因在盐度10的表达量通常高于盐度35的(P<0.05), 说明低温下低盐环境有利于提高青蟹体内代谢, 增强耐寒能力。