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《中国科学院大学(中国科学院海洋研究所)》 2019年
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刺参神经内分泌系统对运动和应激行为调控的分子机制

丁奎  
【摘要】:刺参(Apostichopus japonicus)是我国重要的海洋经济物种,在我国北方海水养殖产业中刺参养殖产业的单一产值最大。刺参行为学研究可为刺参采捕设施的研发和增殖放流策略的制定提供参考,为刺参工厂化养殖、池塘养殖等增养殖模式创新提供参数支撑。行为内分泌学是行为学研究的一个重要分支,主要探究动物激素和行为之间的相互影响。本研究以褪黑激素和两种代表性神经肽为例,综合运用红外摄影技术、运动行为量化软件、代谢组学技术,系统探究了褪黑激素和两种神经肽对刺参运动行为的调控作用和行为变化的内在生理机制。此外,本研究还运用转录组学技术查明了刺参应激行为—吐肠行为的内在分子机制。1.褪黑激素对刺参运动行为的调控及内在机制研究检测了褪黑激素在刺参体腔液中的含量,并采用体腔注射的方法研究了褪黑激素对刺参运动行为的影响。此外,使用超高效液相色谱和质谱联用技术(UPLCQ-TOF-MS)检测了褪黑激素对刺参肌肉组织代谢活动的影响。研究结果表明褪黑激素在刺参体腔液中的浓度为135.0 ng/L左右,随着注射褪黑激素浓度的增加,注射后9小时内刺参运动的总距离和步数逐渐减少,且部分处理组差异显著,而平均和最大运动速度及步幅和步幅频率均有所下降,但无显著差异。因此褪黑激素对刺参具有镇静作用。在褪黑激素处理组刺参肌肉组织中检测到22种代谢物的浓度发生改变,其中5-羟色胺、9-顺式视黄酸、全反式视黄酸、黄素单核苷酸浓度明显下降。此外,处理组肌肉组织中游离脂肪酸(FFA)和腺苷5'-三磷酸(ATP)的浓度均降低。因此,褪黑激素抑制刺参运动行为的潜在生理机制包括运动调节剂—血清素浓度下降、降低脂肪酸氧化和氧化磷酸化过程。2.Pedal神经多肽对刺参运动行为的调控及内在机制研究采用体腔注射后记录刺参运动行为变化的方法研究Pedal神经多肽对刺参运动行为的影响,同时基于UPL-Q-TOF-MS代谢组学检测技术研究Pedal神经肽注射后刺参肌肉代谢物的变化情况。结果表明Pedal神经肽注射后刺参的步幅有所降低,表明该神经肽很可能参与调节刺参肌肉的收缩。此外,运动路程、步数的增加和运动速度的降低表明Pedal神经肽可增强刺参的运动耐力而降低其运动效率。肌肉代谢组学结果表明,磷脂酰乙醇胺(PE)和磷脂酰胆碱(PC)的下调、LysoPCs和LysoPEs的升高以及花生四烯酸(ARA)浓度的升高是Pedal神经肽对刺参运动行为产生这些影响的潜在生理机制。3.SALMFamide神经多肽对刺参运动行为的调控及内在机制研究体外合成刺参L型SALMFamide神经肽后,采用体腔注射的方法研究了SALMFamide神经肽对刺参运动行为的调控作用,并采用代谢组学技术检测了该神经肽注射后刺参肌肉生理的变化情况。实验结果表明SALMFamide神经肽使刺参运动步幅有一定提升,表明该神经肽可能参与刺参体壁肌肉松弛的调节。此外,运动路程、步数、时间和运动速度均增大表明SALMFamide神经肽不仅增强了刺参的运动耐力,而且提升了刺参的运动效率。代谢组学结果表明刺参肌肉泛酸含量的升高、磷脂酰乙醇胺(PE)和磷脂酰胆碱(PC)比例的变化、溶血磷脂酰乙醇胺(LysoPEs)和花生四烯酸(ARA)浓度的升高是SALMFamide神经肽调控刺参运动行为的潜在生理机制。4.刺参吐肠行为内在分子机制研究为探究刺参应激行为—吐肠行为的分子机制,本研究采用Illumina(RNASeq)测序平台同时测试了刺参三种状态下的样品:正常(TCQ)、去除内脏时(TCZ)和去除内脏后3小时(TCH)。测试结果表明总共产生129,905个unigenes,N50长度为2651个碱基对,54787个unigenes可从7个功能数据库(KEGG,KOG,GO,NR,NT,Interpro和Swiss-Prot)得到注释。此外,在TCQ与TCZ、TCZ与TCH和TCQ与TCH的比较中,分别鉴定出190、191和320个发生差异表达基因(DEG)。这些DEG可映射到KEGG数据库中的157、113和190个信号传导途径。KEGG分析结果显示潜在的DEGs分别属于“环境信息处理”、“生物系统”、“新陈代谢”和“细胞过程”类别。这些DEGs与肌肉收缩、激素和神经递质分泌、神经和肌肉损伤、能量供应、细胞应激和细胞凋亡有关。这些相关的基因和信号通路有助于阐明刺参吐肠行为的内在分子机制。
【学位授予单位】:中国科学院大学(中国科学院海洋研究所)
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2019
【分类号】:S917.4

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