三角帆蚌类胡萝卜素代谢相关基因HcStAR-like和HcLPCAT1的鉴定及功能分析

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自我国上世纪80年代,三角帆蚌(Hyriopsis cumingii)人工繁殖取得突破之后,因其培育珍珠品质高,逐步发展成我国应用最广泛的淡水育珠蚌,同时我国淡水珍珠产量也成为世界之最。但是淡水珍珠相对海水珍珠质量有较大差距,颜色作为评价珍珠质量的重要标准,是消费者对珍珠最直观的印象,很大程度上决定了珍珠的市场价值。海水珍珠颜色丰富,黑色珍珠、金色珍珠已成为市场翘楚,但淡水珍珠颜色较单一,以白色为主,我们实验室在2017年培育成功新品种三角帆蚌“申紫1号”,实现了淡水紫色珍珠的批量生产,丰富了淡水珍珠种类。现有研究表明类胡萝卜素影响珍珠颜色,以实验室构建的白色、金色、紫色品种(系)三角帆蚌作为本实验的研究对象,筛选出与类胡萝卜素代谢相关的类固醇激素合成急性调节蛋白相似基因(HcStAR-like)和溶血磷脂酰胆碱酰基转移酶1基因(HcLPCAT1),研究了这两个基因在三角帆蚌类胡萝卜素代谢过程中的影响,及这两个基因与三角帆蚌贝壳和珍珠颜色形成的影响。主要研究结果如下:1.三角帆蚌HcStAR-like基因鉴定及其在类胡萝卜素代谢和贝壳珍珠层颜色形成中的作用为明确三角帆蚌HcStAR-like基因在类胡萝卜素代谢中的功能,并探究该基因与三角帆蚌壳色的相关性。本研究克隆获取三角帆蚌HcStAR-like基因c DNA全长994bp,开放阅读框(ORF)924bp一共编码307个氨基酸(Gen Bank登录号:MW171289)。HcStAR-like蛋白包含一个跨膜结构,不具备信号肽。基因表达分析发现HcStAR-like在金色三角帆蚌各组织中的表达量最高,并且与白色和紫色三角帆蚌相应组织的表达量差异显著(P<0.05)。HcStAR-like在白色蚌中的表达水平均低于紫色蚌,且在肝胰腺中的表达水平差异显著(P<0.05)。原位杂交阳性信号主要定位在三角帆蚌边缘膜的整个外褶及背膜区。ds RNA干扰金色三角帆蚌后,实验组HcStAR-like基因表达量显著低于两个对照组(P<0.05),且干扰率高达79.89%,实验组总类胡萝卜素含量(TCC)显著低于两组对照组(P<0.05)。2.三角帆蚌HcLPCAT1基因在类胡萝卜素代谢和贝壳珍珠层颜色形成中的作用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LPCAT1基因在类胡萝卜素代谢中的功能,并探究该基因与三角帆蚌壳色的相关性。本研究克隆获得三角帆蚌HcLPCAT1基因c DNA全长1675bp,ORF区1296bp编码431个氨基酸(Gen Bank登录号:MT821805);HcLPCAT1属于LPLAT大家族,具有其典型的结构域,预测其蛋白存在一个跨膜区,不具备信号肽。发现HcLPCAT1基因在三角帆蚌金色蚌所有组织中表达量最低且与白色蚌、紫色蚌相应组织差异显著(P<0.05)。HcLPCAT1基因在肝胰腺、斧足中的表达量在三种壳色的三角帆蚌中差异显著(P<0.05),剩余组织间无显著差异,并且HcLPCAT1在紫色三角帆蚌各组织中的表达量均高于白色蚌相应组织。原位杂交检测到的阳性信号主要定位在外套膜外褶、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,肝胰腺、中央膜、边缘膜各组织中的HcLPCAT1基因表达量极显著(P<0.01)上调,同时总胡萝卜素含量(TCC)极显著升高(P<0.01)。3.三角帆蚌溶血磷脂酰胆碱酰基转移酶1HcLPCAT1基因壳色性状相关SNP筛选三角帆蚌内壳色L*、a*、b*及d E*参数结合在HcLPCAT1基因的外显子上这些位点分析,其中有6个SNP位点和这些参数之间存在显著相关性。A126G位点呈中度多态,其余位点均为低度多态。H2-1和H2-2这两种单倍型不在金色群体中出现,且极少在白色群体中出现,在紫色群体中出现的频率最高且与其他两个群体差异显著(P<0.05),可以用作紫色群体优势选育;H1-3和H2-3在金色群体中出现频率最高且显著(P<0.05)高于白色、紫色群体,通常可作为金色群体优势单倍型;H1-2和H2-4在白色群体中出现的频率显著(P<0.05)高于紫色群体和金色群体,可作为白色群体优势单倍型。结果表明,HcLPCAT1基因参与三角帆蚌内壳色的形成,可以作为三角帆蚌壳色改良选育过程中的候选基因,这些数据可以用作三角帆蚌育种的分子标记。
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