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半滑舌鳎(Cynoglossus semilaevis)性腺发育中性别相关基因挖掘及Sox基因家族生物信息学分析

高进  
【摘要】:半滑舌鳎(Cynoglossus semii/aaevis)是我国沿海地区一种重要的海水养殖经济鱼类,具有明显的性别二态性,其雌性个体生长速度是雄性的2~3倍。而半滑舌鳎性别决定机制复杂,虽然已知其性别决定系统为雌性特异型(zW♀/Zz(?)),但其不仅为遗传性别决定,还受环境(如温度)因素的影响,且在自然条件下及养殖后代中皆存在“性反转”现象(伪雄鱼)。对半滑舌鳎性别决定及分化机制进行研究,有助于全雌苗种的培育,从而促进半滑舌鳎养殖业的发展。而且作为一种性别决定及分化研究的理想模型,半滑舌鳎性别决定及分化机制的深入研究具有重要的理论意义。近些年来,半滑舌鳎的性别决定及分化研究多集中在利用RACE和RT-PCR等方法,对半滑舌鳎性别相关候选基因进行克隆、表达分析以及基因功能预测;性别相关分子标记的筛选;使用人工雌核发育进行全雌苗种的创制及性别决定机制研究;创建了半滑舌鳎精巢、卵巢以及伪雄鱼性腺细胞系,为半滑舌鳎性别决定机制、性反转及性腺发育过程研究提供了良好的实验材料;通过家系选育筛选出雌性比例高、生长速度快的半滑舌鳎家系。脊椎动物遗传性别决定及分化过程一般由位于性染色体上的性别决定基因启动一系列性别相关基因参与级联信号通路,诱导具双向发育潜力的原始生殖性腺向精巢或卵巢进行差异分化。因此,对半滑舌鳎早期性腺发育过程进行深入分析,挖掘出在此发育过程中发挥重要作用的基因,将为全面了解其性别决定与分化的调控网络和分子机制奠定基础。基于半滑舌鳎早期性腺分化的组织学观察结果,本研究应用IlluminaHiseq2000TM技术对半滑舌鳎早期发育的关键时期(孵化后15、36、56、86和120天)的性腺进行高通量转录组测序。测序共获得594,333,590条clean reads,应用SOAPaligner/SOAP2软件将每个样本测序所得的reads map至参考基因组及参考基因,获20469条表达基因。其中,参考基因组比对率在70%左右,而参考基因比对率则为30%~40%左右。在成功构建的半滑舌鳎早期不同时期性腺转录组的基础上,对不同时期雌雄鱼性腺的10个转录组文库进行同时期雌雄两两间的差异分析。经过阈值校验,从15dah至120dah分别获得1207、622、3439、3614和11249条雌雄鱼性腺差异表达基因。然后,实验又针对雌雄性腺差异表达基因进行了 Gene Ontology(GO)富集分析和Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes(KEGG)代谢通路富集分析。为对半滑舌鳎早期性腺发育过程中的性别相关基因进行系统层面的挖掘分析,实验构建了半滑舌鳎早期性腺发育的基因共表达网络(WGCNA),共得到43个基因功能模块,通过模块内差异基因富集分析和模块内基因功能富集分析,共确定了三个性别特异相关基因功能模块,分别为M31、M3和M39。结合模块内基因的hub程度和富集到的生物学通路等信息,三个性别特异相关功能模块中分别挖掘出了 17、18和23条hub基因,及一大批在模块内的性别相关基因。此外,本研究还采用了生物信息学方法,利用Sox基因高度保守的HMG结构域作为种子序列检索半滑舌鳎(Cynoglossus Semilaevis)基因组注释的蛋白数据库,共鉴定分离出23个Sox基因。并在全基因组水平对半滑舌鳎Sox基因家族进行了保守结构域序列、进化、基因结构、染色体定位及基因表达模式的系统分析。综上所述,本研究通过转录组和基因组的分析,一定程度上阐明了半滑舌鳎早期性腺发育过程中性别分化的遗传机制,并从分子层面揭示了不同发育时期性腺发育的特征。利用基因表达网络研究进行性别相关基因挖掘,同时对Sox基因家族进行了生物信息学分析,立足于全基因组的角度去分析性别决定和分化机制及相关的基因。随着基因组及其它基因资源日益丰富,本研究也为其它的一些重要生物学问题的分析提出了新的思路。


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