合浦珠母贝α-淀粉酶基因结构、SNP筛选、生长关联与生态响应研究

来源 :上海海洋大学 | 被引量 : 16次 | 上传用户:liantonglingsheng
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合浦珠母贝(Pinctada fucata)是重要的海水养殖贝类和生产珍珠的主要母贝。然而与脊椎动物不同的是,贝类等无脊椎动物的生长机制仍不清楚,至今仍未克隆到与脊椎动物生长激素类似的基因。消化酶是重要的代谢酶类,而淀粉酶(amylase)是植食性动物的重要消化酶,在以藻类为饵料的贝类碳水化合物代谢中起重要作用,对贝类生长具有重要影响。本研究克隆了合浦珠母贝α-淀粉酶基因全长,分析了其基因结构及组织表达模式;采用直接测序法筛选了基因SNP多态位点并将其与生长性状进行了关联分析;运用荧光定量方法检测了基因表达水平对不同养殖生态因子及贝龄的应答,以期为探讨贝类生长的分子机制奠定基础。研究结果如下:1、获得α-淀粉酶基因的cDNA全长、基因组结构及其组织表达特征。采用RT-PCR和cDNA末端快速扩增技术克隆获得了1704bp的α-淀粉酶cDNA全长(GenBank登录号:JX683681),其中5’UTR长17bp,3’UTR长118bp,开放阅读框长1569bp,编码由522个氨基酸组成的多肽。SignalP4.0软件分析表明,该多肽具有20个氨基酸组成的信号肽。多重序列比对显示,合浦珠母贝α-淀粉酶与大珠母贝α-淀粉酶的序列一致性最高(91.6%);系统发育树显示其与大珠母贝亲缘关系最近。在cDNA序列基础上,利用常规PCR方法及染色体步移技术克隆获得了10850bp的基因组DNA序列(GenBank登录号:JX683680),其中包括9个外显子,8个内含子和3932bp的启动子,启动子区域存在典型的转录调控序列GATA-1,AP-1和SP1等。采用荧光定量RT-PCR技术分析α-淀粉酶的组织表达特征,发现其在消化腺、肠、性腺、腮、肌肉、外套膜均有表达,其中消化腺当中表达量最高,并与其它组织差异极显著(P<0.001)。2、SNP筛选及其与生长性状的关联分析。对α-淀粉酶基因进行分段扩增,采用直接测序法,共获得候选SNP(single nucleotide polymorphisms,单核苷酸多态性)位点207个。SNP密度为平均每43bp发现一个SNP,其中启动子区域密度为1SNP/209bp,外显子区域密度为1SNP/98bp,内含子区域密度为1SNP/25bp。位点突变类型包括转换、颠换和插入/缺失突变,三者所占比例分别为47.82%、44.93%、7.25%。编码区的15个SNP包括2个非同义突变及13个同义突变。两个全同胞家系(编号1#,2#)的分型结果显示23个位点中有7个位点呈现单态,位点+4986(T/G)和+4989(C/T)呈现三态,其余的14个位点均呈现二态。分析所有14个二态位点的基因型及等位基因频率发现除+4453(A/C)位点外,所有位点的等位基因频率在两个家系中均差异极显著(P<0.01)。两个家系的遗传多样性分析结果显示二者平均多态信息含量(PIC)值分别为0.2837、0.1587,Shannon指数分别为0.5245、0.2947,表明1#家系遗传多样性更丰富。基因型与性状关联分析结果显示-201(G/T)、+3523(G/A)、+4402(A/G)、+5025(T/A)、+6379(T/A)、+6481(T/C)、+652(3T/A)7个位点各基因型个体之间部分生长性状存在显著差异(P<0.05)。11个SNP位点组成的双体型与性状的关联分析发现,双体型S1、S3、S4、S9个体所有生长性状(壳长、壳高、壳宽、总重、软体重)均高于S2、S5、S6、S7、S8、S10,且差异显著(P<0.05)。另外S1各性状值在所有双体型中最高。可见总体来看S1、S3、S4、S9属于优势类型,而S1又优于其它3类,因而可以进一步开展重复验证工作以期将其运用于育种实践。3、开展了对生态因子的表达响应研究。运用实时荧光定量PCR技术对不同温度、盐度、饵料浓度、吊养水层及贝龄条件下合浦珠母贝α-淀粉酶基因表达量进行了测定。结果表明,21℃时α-淀粉酶mRNA表达量最高,低于或高于此温度(17℃、25℃、29℃、33℃)时,表达量均呈现下降趋势,且差异显著(P<0.05)。α-淀粉酶mRNA相对表达量随盐度升高呈现先上升后下降的趋势,表达量最高值出现在盐度27时,并与其它各盐度(15、21、33、39)间差异显著(P<0.05)。饵料浓度从8×104cell·ml-1升高至20×10~4cell·ml-1的过程中,表达量呈现先下降后上升的趋势,浓度为16×104cell·ml-1时表达量最低。吊养深度对α-淀粉酶mRNA相对表达量影响较大:浅水层(1m、2m、3m)低于深水层(4m、5m)且差异极显著(P<0.01)。贝龄对α-淀粉酶基因表达影响明显:低龄组(8,12,15月龄)表达量显著高于高龄组(18,22,26,29月龄)(P<0.01);高龄组表达量组内差异并不显著(P>0.05)。低龄组组内8月龄表达量显著高于12、15月龄(P<0.01)。
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