三角帆蚌HcTyr基因内壳色性状相关SNP筛选及图谱定位

为研究三角帆蚌HcTyr基因与内壳色性状的相关性,本实验根据已分离的三角帆蚌HcTyr基因进行引物设计和片段扩增,并用144只三角帆蚌对其多态性进行筛选和验证,卡方检验分析了SNP位点和三角帆蚌内壳色相关性,并对HcTyr基因进行了图谱定位。结果显示,在HcTyr基因上筛选出8个SNP位点,其中有7个SNP位点与三角帆蚌内壳色L、a及d E呈显著相关性,用这7个SNP位点做单倍型构建和分析,发现Ⅱ、Ⅲ及Ⅳ这3种单倍型在白色群体中出现的频率极显著高于在紫色群体中出现的频率,而Ⅴ和Ⅶ这2两种单倍型在紫色群体中出现的频率极显著高于白色群体。进一步在商业养殖群体中验证发现,Ⅳ和Ⅶ这2种单倍型可分别作为白色和紫色群体的优势单倍型。研究表明,三角帆蚌HcTyr基因可作为内壳色相关的候选基因,其部分SNP位点可用于三角帆蚌分子辅助育种。另外本实验还将HcTyr基因定位在三角帆蚌LG16连锁群上,这为进一步解析该基因调控珍珠颜色形成的分子机制奠定了基础。     

转录组测序研究三角帆蚌珍珠颜色相关基因

为筛选影响三角帆蚌珍珠颜色的候选基因,采用转录组测序平台Illumina Hi Seq TM2500对蚌壳珍珠层颜色为紫色和白色的三角帆蚌中央膜组织进行高通量测序。所得序列经质控、组装后比对到NR、Swiss-Prot、COG、KOG、KEGG、GO和Pfam数据库中注释,并进行差异基因聚类分析。结果显示,获得干净数据共72 800 581 bp,拼接获得了89 529个Unigene,差异表达基因2644个,其中上调表达基因1323个,下调表达基因1321个。根据GO功能分类可分为分子功能、细胞组分、生物过程等3大类50分支;根据KEGG代谢通路分析可以分为187类。对差异表达基因分析发现,部分基因与色素合成(眼黄素、黑色素、喋啶色素)及金属离子转运相关,还有6个细胞色素P450,3个细胞色素b561和1个细胞色素b560。研究表明,这些基因可能在珍珠颜色形成中发挥作用。     

三角帆蚌溶血磷脂酰胆碱酰基转移酶1HcLPCAT1基因功能分析及壳色性状相关SNP筛选

溶血磷脂酰胆碱酰基转移酶 1(LPCAT1)是一种重要的脂质代谢酶。为明确三角帆蚌(Hyriopsis cumingii) HcLPCAT1 基因在类胡萝卜素代谢中的功能, 探究该基因与三角帆蚌壳色的相关性, 本研究采用 RACE 技术克隆获得 HcLPCAT1 基因 cDNA 全长 1675 bp, ORF 区 1296 bp 编码 431 个氨基酸; 实时荧光定量分析发现 HcLPCAT1 基因在紫色三角帆蚌各组织中表达量均高于白色三角帆蚌相应组织, 且在肝胰腺、外套膜中的表达量差异显著 (P＜0.05); 原位杂交检测到的阳性信号主要定位在外套膜的外褶、背膜区、腹膜区, 外褶与中褶连接处以及部分中褶; 紫色三角帆蚌补充投喂 β-胡萝卜素后, HcLPCAT1 基因在肝胰腺、中央膜、边缘膜各组织中表达量极显著上调 (P＜0.01), 同时相应组织中总类胡萝卜素含量(TCC)极显著升高(P＜0.01)。采用直接测序法鉴定出三角帆蚌 HcLPCAT1 基因 5 个 SNP 位点的基因型与内壳色存在显著相关性(P＜0.05), 单倍型分析发现 H1、H2 两种单倍型为紫色三角帆蚌优势单倍型, H3、H5、H6 三种单倍型为白色三角帆蚌优势单倍型。本研究鉴定的 HcLPCAT1 基因可为解析三角帆蚌类胡萝卜素代谢和壳色形成的机制提供研究基础, 筛选的与内壳色相关 SNP 及单倍型可用于分子辅助育种。     

三角帆蚌EFCB1基因cDNA序列克隆及表达研究

为了发掘更多三角帆蚌具有EF-hand结构域的功能基因及其蛋白质,本研究运用RACE-PCR技术,克隆得到了三角帆蚌包含EF-hand结构域钙结合蛋白1基因(EF-hand calcium-binding domain-containing protein 1,EFCB1)的cDNA全长并进行了生物信息学分析;通过real-time Q-PCR技术,分析了EFCB1基因在三角帆蚌10个组织,以及内脏团、外套膜插核后不同时间点的时空表达特点。结果表明三角帆蚌EFCB1基因cDNA序列全长981 bp,ORF为531 bp,编码176个氨基酸残基,5'-UTR 239 bp和3'-UTR 211 bp。EFCB1分子式为C₈₇₇H₁₃₄₈N₂₃₈O₂₇₀S₁₀,分子量约19.9 ku,等电点为4.70,不稳定系数为62.65,属亲水蛋白。其序列无信号肽序列,存在1个跨膜区域和2个EF-hand结构域,EF-hand模块分别为DLNDDKLISPEE(98-109)和DTNGDDKLDGEE(129-140)。荧光定量结果显示三角帆蚌EFCB1基因在各组织中均有表达,其中在肠和鳃中表达量最高(P<0.05),外套膜中表达量显著高于内脏团(P<0.05)。EFCB1基因在插核后不同时期的外套膜和内脏团育珠部位组织中表达具有显著差异(P<0.05),在外套膜中的表达量均显著高于内脏团(P<0.05),在插核后第20 天时表达量显著高于各时期(P<0.05)。研究表明,EFCB1在三角帆蚌Ca²⁺的吸收过程中发挥调节作用,在珍珠囊形成过程中以及珍珠形成初期具有重要功能。     

三角帆蚌F5壳色及生长性状选育效果评价

以选育系紫色三角帆蚌(Hyriopsis cumingii)F_4和非选育系三角帆蚌为亲本建立后代家系群体,比较选育组与对照组贝壳珍珠质颜色和生长性状,以评价F5贝壳珍珠质层颜色与生长性能选育效果。结果显示,选育组明度L*、饱和度C*、色差值d E*与对照组差异极显著(P0.01),选育组明度L*比对照组低17.13%,饱和度C*高于对照组20.55%,色差值d E*高于对照组22.56%,表明选育组贝壳珍珠质层颜色较对照组颜色更深,色彩更丰富。选育组左右两侧贝壳珍珠质层颜色参数–L*、d E*从前端至后端逐渐增大,表明贝壳珍珠质层颜色逐渐加深,对照组前端至后端变化规律与其不同。选育组与对照组左右贝壳相同位置处,贝壳珍珠质层颜色参数均无显著性差异(P0.05)。选育组各生长性状均显著高于对照组(P0.05),壳长、壳高、壳宽、体重分别高于对照组12.30%、9.95%、8.60%、36.34%。对贝壳珍珠质层颜色参数与生长指标综合评定值联合分析发现,B2、B4、B5、B6、B3家系最优,贝壳珍珠质层颜色深,并具有较强生长优势,可用于进一步选育与推广。通过对贝壳珍珠质层颜色和生长性状相关性分析发现,选育组内壳珍珠质层各颜色参数与生长性状之间相关系数较低,相关程度极弱,无法通过生长性状间接选择贝壳珍珠质颜色。     

两个三角帆蚌选育品系珍珠层颜色与外壳色L*a*b*值及其相关性分析

运用色差仪获得了两个三角帆蚌(Hyriopsis cumingii)选育品系珍珠层颜色与外壳色的颜色参数L、a和b值,对各颜色参数进行了相关分析和回归分析,探索珍珠层颜色与外壳色之间的相关性。结果显示"紫皇后"珍珠层颜色与外壳后部颜色具有相关性,它们的L、a和b值均显著相关,相关系数分别为-0.456、0.371和-0.426,建立了"紫皇后"珍珠层对外壳后部各颜色参数的回归方程为L:y=80.49-0.53x(R~2=0.208),a:y=3.60+0.21x(R~2=0.137),b:y=4.69-0.35x(R~2=0.181);"白贵妃"珍珠层颜色与外壳后部颜色的L、a和b值显著或极显著相关,相关系数分别为-0.444、0.477和-0.390,表明"白贵妃"珍珠层颜色与外壳后部颜色显著相关,建立珍珠层对外壳后部各颜色参数的回归方程分别为L:y=87.36-0.21x(R~2=0.197),a:y=-1.77+0.23x(R~2=0.228),b:y=2.10-0.22x(R~2=0.152)。通过逐步判别分析获得了外壳色的2个参数(b和a),并构建了区分2个选育品系的判别函数:"紫皇后"的判别公式为YQ=1.786X1-0.384X2-4.440,"白贵妃"的判别公式为YW=0.321 X1+0.600 X2-4.763,综合判别率达90.0%。显示2个选育品系的外壳色差异非常明显,可通过判别分析进行可靠的区分。结果表明,对三角帆蚌外壳色的量化分析,可以对内部的珍珠层颜色进行可靠区分并进行量化推断。     

三角帆蚌新发现的贝壳基质蛋白基因hic9的分离、鉴定及其在珍珠早期形成过程中的作用

为进一步研究珍珠质形成的分子机理,使用RACE-PCR技术从三角帆蚌外套膜中克隆到一个新的贝壳基质蛋白基因hic9。RT-PCR和原位杂交技术结果显示,hic9主要在闭壳肌和外套膜中表达,且在外套膜外褶的外表皮各部分都有信号,在壳皮沟中同样有信号,这些结果表明,hic9是一个同时参与了贝壳角质层、棱柱层和珍珠层形成的多功能基质蛋白基因。hic9富含甘氨酸(14.81%)、脯氨酸(13.58%)和丙氨酸(12.35%),在序列中部形成"Gly-X-X"的结构(X为任意氨基酸),与近C末端连续重复丙氨酸结构(polyA)一起使hic9具有类似蛛丝蛋白的结构特征。hic9 C末端由一段疏水性序列"LAWMLFV"组成,推测这段序列形成β折叠结构,紧邻该序列89～91位是"Asp-Leu-Asp"序列,这是一个典型的Ca2+结合位点。此外,通过实时定量PCR检测了珍珠形成早期阶段hic9在初生珍珠囊中的表达情况,插片后3～15 d hic9在珍珠囊中的表达水平维持在大致相同的表达水平,在碳酸钙沉积物从无序向有序转变时期(18～25 d),表达水平较第15天有显著的升高,这表明hic9参与了这一过程,在珍珠层的形成过程中发挥了关键作用。     

三角帆蚌生长性状和内壳色与所产无核珍珠质量的相关性分析

为了研究供片蚌和育珠蚌对无核珍珠质量的影响,以三角帆蚌紫色选育系F₅为材料,在插植无核珍珠前,测量了供片蚌和育珠蚌的壳长、壳高、壳宽、体质量等生长性状,检测了供片蚌内壳色颜色参数L、a、b、dE。经过18个月育珠,测量了育珠蚌的壳长、壳高、壳宽、体质量,计算其特定生长率,检测了育珠蚌内壳色颜色参数L、a、b、dE,测量了育珠蚌所产无核珍珠的颜色、大小、圆度、光泽和产珠量。结果发现,供片蚌生长性状与所产无核珍珠大小、圆度和产珠量相关性不显著(P>0.05)。供片蚌内壳色与无核珍珠颜色相关性极显著(r=-0.400~0.376,P<0.01),供片蚌dE值越大所产紫色珍珠比例越高、dE值越小所产白色珍珠比例越高。育珠蚌特定生长率与所产无核珍珠大小、光泽和产珠量相关性极显著(r=0.237~0.516,P<0.01),相关程度为体重> 壳长> 壳宽> 壳高,育珠蚌特定生长率与所产无核珍珠圆度相关性极显著(r=-0.284~-0.256,P<0.01),相关程度为壳长>体质量>壳宽>壳高。育珠蚌内壳色与所产无核珍珠颜色、大小、圆度、光泽和产珠量相关性不显著(P>0.05)。综合各性状相关性分析,改良供片蚌内壳色可以改良珍珠颜色,改良育珠蚌的生长性状可以改良珍珠大小、光泽、圆度和产珠量。     

三角帆蚌外套膜表达的免疫相关基因筛选

利用三角帆蚌(Hyriopsis cumingii)外套膜cDNA文库EST序列,通过BLAST分析注释基因功能,发现35个与免疫防御功能相关的基因。根据其功能,这些免疫相关基因可划分为7类,即细胞免疫过程(2个)、蛋白酶和蛋白酶调节子(9个)、压力蛋白(7个)、抗菌肽(5个)、溶酶体酶(2个)、粘着蛋白(3个)及细胞凋亡和细胞周期调控相关基因(7个)。免疫相关基因在三角帆蚌外套膜中的广泛表达表明外套膜是重要的免疫组织。该研究为三角帆蚌外套膜分子免疫机理研究和抗病育种工作提供了基础性资料。     

M、F型COII基因在雌雄三角帆蚌不同发育时期的表达差异研究

与传统的母系遗传不同,双壳贝类线粒体有M和F型2种mt DNA,称为双单亲遗传(doubly uniparental inheritance,DUI)。为了探究DUI的形成机制,实验利用RACE方法得到三角帆蚌M、F-type COⅡ基因的cDNA全长;荧光定量检测各时期各组织中M、F-type COⅡ基因的表达。结果发现,(1)M-type COⅡ基因的cDNA序列全长1244 bp,F-type COⅡ基因的cDNA序列全长808 bp,M型3′端较F型有一段546 bp的特异性延长序列;跨膜结构预测显示M-type COⅡ基因3′特异性延伸区域有4个跨膜结构,推测这段延伸序列具有一定的功能性;(2)早期幼龄(胚胎期-5月龄)三角帆蚌的组织团中,M、F-type COⅡ基因均能检测出,且同时期中F-type COⅡ基因的表达量显著高于M-type COⅡ;(3)6月龄蚌各组织中,F-type COⅡ基因在各组织中表达量明显高于M型的表达量,而M-type COⅡ基因在性腺中表达明显高于其他组织;(4)一龄雌性各组织中,M、F-type COⅡ基因均有表达;而一龄雄性各组织中,M-type COⅡ基因仅在性腺中表达;(5)二龄雌性各组织中,M、F-type COⅡ基因均有表达;二龄雄性各组织中,F-type COⅡ基因除性腺外的其他组织中均有低量表达,M-type COⅡ基因仅在性腺中表达,且表达量较高。研究表明,在三角帆蚌雌雄个体发育过程中,M-type mt DNA在组织中选择性降解或聚集。     

三角帆蚌hcSRCR1基因的克隆及在不同壳色选育系中的表达模式

清道夫受体(SR)是一类对化学修饰的脂蛋白具有很强结合活性的糖蛋白家族。本研究通过RACE方法克隆得到三角帆蚌hcSRCR1基因cDNA序列,该序列全长1 000 bp,其中开放阅读框819 bp,编码272个氨基酸,预测分子量为28.16 ku,理论等电点为5.55;预测含有2个SRCR结构域和6个保守的半胱氨酸残基。qRT-PCR和Western blot结果显示,hcSRCR1 mRNA和蛋白表达模式基本相同,均在三角帆蚌外套膜中表达量最高,在其他组织中的表达量普遍较低,且在紫色选育系外套膜组织中的表达量显著高于白色选育系。外套膜原位杂交结果显示,hcSRCR1基因主要在外套膜外褶的内、外上皮细胞层以及腹膜处的上皮细胞层中表达。研究表明,三角帆蚌hcSRCR1基因与贝壳珍珠质颜色形成具有一定相关性,可为进一步研究该基因在珍珠颜色形成过程中的调控机理提供基础资料。     

三角帆蚌类丝状基质蛋白基因silkmaxin的克隆及其在贝壳和珍珠生物矿化中的作用

贝壳基质蛋白指导了珍珠形成过程中碳酸钙的成核、晶体生长和晶型选择等关键过程。为进一步研究珍珠形成的分子机理,本实验使用RACE-PCR技术克隆得到一个新的贝壳基质蛋白基因,并命名为silkmaxin。组织表达分析和原位杂交分析表明,该蛋白于外套膜缘膜部外上表皮组织特异性表达,证明silkmaxin基因所编码的蛋白属于珍珠层基质蛋白。silkmaxin基质蛋白氨基酸序列富含甘氨酸(Gly,33.0%)和丝氨酸(Ser,10.4%),蛋白结构由β-折叠构成,类似丝状蛋白结构。分析珍珠形成早期珍珠囊中该蛋白基因的表达发现,silkmaxin基因在珍珠囊内碳酸钙沉积物从无序到有序的转变过程中起了重要作用。通过RNA干扰实验可知,贝壳基质蛋白是珍珠层文石小片正常生长不可缺少的因子,当silkmaxin基因表达被抑制,文石小片的成核、大小和形状均发生了改变。     

三角帆蚌稚蚌形态发育与生长特性

在人工繁育现场,水温为26.5～32.0 ℃的条件下,对三角帆蚌钩介幼虫寄生期结束至发育到呈三角形的稚蚌阶段的形态变化过程进行了连续观察。结果发现三角帆蚌稚蚌形态发育过程根据其变化特点可分为4个阶段。刚脱落的稚蚌平均壳长221.88 μm,此时帆没有形成,全高等于壳高;前4 d里稚蚌增厚显著,为贝壳增厚期。5 d后到第23天,壳顶开始突起,为壳顶突出期;此期出现了一个显著的变化,到15 d时,壳顶后端生长速度超过了前端。23 d后到第34 天,翼开始出现,为两翼形成期。34 d后到第60 天,帆开始形成,为帆生长期;此期全高和壳高的比例加大,壳顶不再是稚蚌的最高点。从第60天开始,外型与成体相似,稚蚌发育阶段完成。三角帆蚌稚蚌发育过程中最明显的变化是壳顶位置的变化。对三角帆蚌稚蚌生长特性的研究表明：壳长与日龄的关系式为L=329.39e^0.059t（r=0.968）,全高与壳长的关系式为H=0.776L-103.36（r=0.997）。     

三角帆蚌钙网蛋白基因cDNA的分子特征与表达分析

为研究淡水珍珠形成相关基因及调控机理,以三角帆蚌为研究对象,借助cDNA末端快速扩增(RACE)技术获得了三角帆蚌的钙网蛋白基因(calreticulin,HcCRT) cDNA序列,该序列长1 437 bp,包含231 bp的5'非编码区(untranslated region,UTR)和615 bp 3'UTR以及591bp的开放阅读框(ORF),共编码196个氨基酸残基,包含一段由21个氨基酸组成的信号肽和一段由175个氨基酸的成熟肽,分子量约为22.4 ku,理论等电点5.01.氨基酸序列分析表明,该序列不存在跨膜结构,疏水性分析显示该蛋白整体为亲水性蛋白.氨基酸列比对分析显示,HcCRT具有保守的钙网蛋白家族结构,具有2个保守的钙网蛋白家族标签序列:KHEQNIDCGGGYLKVF和IMFGPDICG,与其他已知物种的CRT具有较高保守性,其中与斑马鱼的相似度为77％,与长牡蛎和马氏珠母贝的相似度为70％.对三角帆蚌HcCRT蛋白序列的二级结构和三级结构进行预测分析,显示该蛋白同时含螺旋和折叠.实时荧光定量PCR分析结果显示,HcCRT在外套膜、血液、鳃、斧足、肝脏、肾脏、肠和闭壳肌等8个组织中均有表达,其中在外套膜中表达量最高,血液次之,在其他组织的表达量极少.初步推测HcCRT参与了三角帆蚌珍珠形成的生物矿化过程.     

三角帆蚌肝脏瘟病感染期抑制性消减cDNA文库的构建与分析

采用抑制性消减杂交技术构建了三角帆蚌肝脏瘟病感染期抑制性消减cDNA文库。经检验,差异表达基因均被富集了 2¹⁰倍左右,证明构建的 cDNA 消减文库具有很强的消减效率。PCR 鉴定发现,在随机挑取的阳性克隆中,95% 的克隆均含有 0.2～1.0 kb 的插入片段,这些片段可能是三角帆蚌瘟病病毒感染后差异表达基因的cDNA片段。测序共获得 214 个有效 cDNA 序列,分别属于8 大类,共 98 个基因。其中细胞分裂基因 2个、细胞结构与运动基因 9 个、代谢基因 10 个、信号传导基因 7 个、细胞防疫基因 10 个、基因与蛋白表达基因 20 个、未知功能蛋白基因 26 个,GenBank中找不到任何同源序列的基因 14 个。结果说明,构建的差异表达cDNA文库,可较好地反映三角帆蚌瘟病病毒对三角帆蚌影响的基因信息。     

三角帆蚌活化蛋白激酶C受体1基因(HcRACK1)的克隆及表达分析

为了探究RACK1基因在三角帆蚌免疫系统中的调控机制,采用RACE技术克隆得到三角帆蚌RACK1基因(命名为HcRACK1)的c DNA全序列,并对该序列进行分析。结果显示,HcRACK1基因全长为1249 bp,其中开放阅读框957 bp,编码318个氨基酸。蛋白质结构域分析显示HcRACK1含有RACK1家族特有的7个WD40结构域。运用荧光定量PCR技术分析HcRACK1在正常组织中及受到嗜水气单胞菌侵染和重金属镉暴露后相关组织表达量的变化。结果显示,HcRACK1在各个组织中均有表达,其中闭壳肌中表达量最高;嗜水气单胞菌侵染后,HcRACK1在血淋巴中的表达量逐渐上升,24 h时达到峰值,随后下降;暴露在100μg/L浓度的重金属镉中,HcRACK1在肝胰腺中的表达量逐渐上升,在第3天达到峰值;血淋巴在第2天达到峰值,随后下降;鳃中HcRACK1的表达量无明显变化。上述结果表明,Hc RACK1与细菌及镉引起的机体的氧化应激反应有关,并能参与到机体的免疫反应中。     

三角帆蚌早期阶段生长性状遗传参数估计

利用巢式设计构建了三角帆蚌17个父系半同胞家系,包括51个全同胞家系。幼蚌规格达到1 cm时,在每个全同胞家系随机取40个个体,共2 040个个体,测量它们的壳长、壳高、壳厚、体质量4个生长性状,并对测量数据进行了遗传分析。结果表明,壳长、壳高、壳厚、体质量这4个性状的遗传力分别为:0.356±0.047,0.488±0.060,0.453±0.055,0.518±0.050。这4个性状的表型相关和遗传相关的范围为:0.476~0.709和0.574~0.868。三角帆蚌早期阶段生长性状有足够的遗传方差,可以对它们进行遗传改良,预期能够获得较好的遗传进展。这4个性状之间的表型相关和遗传相关均较紧密,可以通过对体质量进行选择,同时改良其它性状。     

三角帆蚌CAT基因cDNA全长克隆及表达分析

采用RT-PCR和cDNA末端快速扩增技术(rapid amplification of cDNA ends,RACE)首次克隆了三角帆蚌过氧化氢酶(CAT)基因的cDNA全长序列,为2 804 bp,包含112 bp的5′非翻译区(untranslated region,UTR),1 303 bp的3′UTR和1 388 bp的开放阅读框(open reading frame,ORF)。ORF区共编码462个氨基酸,推算的分子量约为52.7 ku,理论等电点为6.35。多序列比对结果显示,有一段CAT氨基酸高度保守的催化位点序列FDRERIPERVVHAKGAG。三角帆蚌CAT基因有12个与还原型辅酶Ⅱ(NADPH)结合的氨基酸残基,分别是Asp107、His153、Phe157、Ser160、Arg162、Asn172、Try174、Lys196、Val261、Trp262、His264和Try317,其中第261位和第264位的氨基酸在不同物种间有所区别。比对结果得到的三角帆蚌CAT基因的氨基酸序列,与软体动物的CAT基因相似性高达99%,与虾类、鱼类、两栖类、哺乳类的CAT基因相似性也达到98%~99%,可推断属于CAT3。利用CAT基因推断得到的氨基酸序列构建NJ系统树,分析显示三角帆蚌首先与软体动物聚在一起,再与虾类聚在一起,然后依次与鱼类、两栖类和哺乳类聚在一起。荧光定量结果显示,CAT基因在三角帆蚌的7个组织均有表达,其中在肾中的表达量极低,在血液中表达呈上调趋势且明显区别于其他组织,在另外5个组织中总体上呈现不统一的先上调后下调的趋势。