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半滑舌鳎性腺响应高温刺激的基因表达分析

郝先才  
【摘要】:脊椎动物性别决定类型通常可以分为遗传性别决定(genetic sex determination,GSD)和环境性别决定(environmental sex determination,ESD)。在相对低等的脊椎动物中,性别决定受到环境的影响较大。一般而言,温度是影响ESD物种性别决定的主要因素。尽管前期许多研究报道了温度对性别决定的影响,但是ESD物种如何响应温度的调控机制尚不清楚。半滑舌鳎(Cynoglossus semilaevis)属于鲽形目(Pleuronectiformes)、舌鳎科(Cynoglossidae)、舌鳎属(Cynoglossus),是我国重要的海水经济鱼类。半滑舌鳎生长性状具有明显的性别二态性,其雌性个体大且生长速度是雄性的2-4倍。半滑舌鳎性染色体为ZZ/ZW,具有典型的遗传性别决定(GSD)和环境性别决定(ESD)特征。研究发现,在养殖群体中,大约14%的ZW遗传雌性会逆转为表型雄鱼,即伪雄鱼。在性别分化的关键时期,利用高温(28°C)诱导,其性逆转比例可达60%。由于性逆转导致雌鱼比例过低,严重影响了半滑舌鳎产业的规模化发展。鱼类响应温度变化的机制解析是理解温度与性别分化关系的重要前提。本研究利用半滑舌鳎为模型,初步分析了短期高温胁迫对半滑舌鳎不同性别的影响。本研究开展了短期(48h)高温胁迫(HS,28°C)和正常温度(CT,22°C)的半滑舌鳎雌鱼(F)、伪雄鱼(P)和雄鱼(M)性腺的转录组测序和分析。结果表明,在高温胁迫与对照组比较中,雌鱼共有7267个差异基因,其中405个上调基因,6862个下调基因;伪雄鱼共有2687个差异基因,其中1111个上调基因,1576个下调基因;雄鱼共有3702个显著差异基因,其中424个上调基因,3278个下调基因。为了验证不同性别在应对高温胁迫后的响应机制,分析了在高温胁迫后雌鱼、伪雄鱼和雄鱼性腺中的性别特异的差异基因,其中温度处理后变化基因最多的为雌鱼,包含4565个DEG,其次为雄鱼和伪雄鱼,分别为1117个和790个基因。GO和KEGG富集分析发现在雌鱼、伪雄鱼和雄鱼中分别富集到了100条,55条和85条GO通路(p0.05)。同时,研究发现高温组与正常组的差异基因在三种性别间的共有基因为1048个,富集到26个基因通路(p0.05)。此外,还发现性腺中热休克蛋白(hsp)基因家族,皮质醇合成和代谢以及表观遗传调控参与了高温胁迫的过程,并且某些基因表现出性别特异性特征。上述研究结果分析鱼类不同性别在短期高温应激后的基因表达模式,为揭示鱼类响应温度进而重塑性别的机制奠定了基础。前期研究表明,皮质醇在鱼类应对外界环境胁迫的过程中起到重要调控作用,而hsd11b1l和hsd11b2基因在皮质醇和合成代谢过程中发挥重要作用。本研究克隆了半滑舌鳎hsd11b1l和hsd11b2基因的c DNA全长序列,分析了其序列特征,研究了其时空表达特征及温度响应的表达规律。结果显示,hsd11b1l c DNA全长为1650 bp,开放性阅读框长度为864bp,编码287个氨基酸;hsd11b2 c DNA全长为4526 bp,开放性阅读框长度为1209 bp,编码402个氨基酸。半滑舌鳎不同组织和性腺发育时期的表达分析结果表明,hsd11b1l在肝脏中表达量最高,卵巢的表达量是精巢的两倍,且在6月龄和3龄的卵巢中呈现较高表达;而hsd11b2主要在精巢中表达,在6月龄的精巢中表达量最高,随后表达量急剧降低,在卵巢中各个时期几乎不表达。半滑舌鳎温度响应的表达结果显示高温(28℃)处理两个月后,与正常温度(22)对照组相比,hsd11b1l和hsd11b2在雄鱼中的表达量都显著降低(p0.05);高温短期应激48小时,hsd11b1l在雌鱼和雄鱼中均显著降低表达,hsd11b2表达仅在雄鱼中有显著性下调(p0.05)。本研究探讨了hsd11b1l和hsd11b2基因在半滑舌鳎性别分化过程中的表达规律,为研究环境温度与半滑舌鳎性别分化之间的关系奠定了基础。


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