瘤背石磺Egr-1基因的克隆、分析及低频声音刺激对其表达的影响

早期生长反应因子1(Egr-1)基因又名为Zif268、NGFI-A、Krox-24、Tis8、ZENK,分布于脊椎动物的神经细胞中,参与识别功能相关的神经活动.本研究通过cDNA末端快速扩增法(RACE)获得瘤背石磺(Onchidium reevesii)Egr-1基因全长序列,进行蛋白质特征分析、氨基酸序列预测以及Egr-1基因的组织差异表达,并检测了不同低频声音(0～200 Hz)刺激0～24h后Egr-1基因表达量的变化.结果显示:瘤背石磺Egr-1基因cDNA序列全长2 556bp,含134 bp的5'端非编码区、709 bp的3'端非编码区和1 713 bp的开放阅读框,编码570个氨基酸.瘤背石磺Egr-1蛋白分子质量为61.31 kD,理论等电点为6.14,平均疏水指数-0.491,不含信号肽;二级结构和三级结构预测显示有α螺旋和β折叠.瘤背石磺Egr-1基因在其腹足、背部皮肤、神经节、肝胰腺、两性腺中均有表达,在神经节和两性腺中高表达,背部皮肤和肝胰腺中组织表达量最低(P＜0.05).相比对照组,受到低频声音刺激0.5 h,后瘤背石磺神经节中Egr-1基因的表达量显著升高,且不同频率声音间表达量差异显著(P＜0.05),推测Egr-1基因参与了瘤背石磺识别低频声音功能相关的神经活动,所得结果为进一步研究瘤背石磺识别处理声音信息的分子机制提供重要的基础数据.     

瘤背石磺低频听力基因PMCA2的克隆、相对表达及神经组织原位杂交分析

低频听力基因PMCA2在生物听力方面占据着重要位置,基因突变或缺失后会引发神经性耳聋和平衡功能障碍.为探究基因PMCA2在瘤背石磺潮汐感知中的作用,本研究通过RACE技术克隆得到瘤背石磺PMCA2基因的全长cDNA,并进行系统进化分析.利用实时荧光定量PCR(RT-qPCR)技术和原位杂交技术分析两组(暂养无处理组和潮汐干扰刺激组)瘤背石磺PMCA2基因在各组织中相对表达量和在神经组织各神经节中的相对表达部位.实验结果表明,瘤背石磺PMCA2基因cDNA全长5 091 bp,包含492 bp的5'非编码区(UTR)以及972 bp的3'UTR,3 627bp的开放阅读框,共编码1 208个氨基酸,基因序列较为保守.序列分析结果显示,瘤背石磺与加州海兔、绿色海蜗牛和福寿螺PMCA2氨基酸序列同源性分别为81.79％,78.25％和72.91％.通过系统进化树分析研究得出,瘤背石磺与加州海兔进化关系相对较近.RT-qPCR结果显示,两组石磺神经组织PMCA2基因表达量皆高于其他组织的,且潮汐干扰刺激组神经组织表达量明显高于暂养无处理组,有显著性差异.两组瘤背石磺神经组织原位杂交实验结果显示,相较于暂养无处理组,潮汐干扰刺激组石磺神经组织杂交信号明显增强,该结果与荧光定量PCR结果相符.实验初步表述了瘤背石磺PMCA2基因的生物信息学特征,在瘤背石磺各组织中的表达情况及在神经组织中的分布部位,为研究滩涂生物感知潮汐能力提供原创性成果.     

瘤背石磺Os-NMHC的克隆、表达分析以及NMHC进化节点探讨

本研究以石磺科贝类转录组数据库为基础,克隆出一条Ⅱ型非肌肉型肌球蛋白重链(NMHCⅡ)基因的全长c DNA,将其命名为Os-NMHC。该序列全长为6 057 bp,包括5 733 bp的开放阅读框,236 bp的5'端非翻译区,88 bp的3'端非翻译区,共编码1 910个氨基酸。预测蛋白质等电点为5.26,相对分子质量为220.46 k D。通过Phyre2程序和Pymol软件构建蛋白质三级结构图,预测蛋白质二级结构以α螺旋和β折叠为主;通过Clustalx和dna MAN软件进行氨基酸序列比对,发现其与爪蟾NMHCⅡA序列一致度为60.37%,其与爪蟾NMHCⅡB序列相似度为61.47%;通过Bayes软件构建系统进化树,发现其与加州海兔亲缘关系最近。通过q RT-PCR技术检测,发现该基因在四种石磺的背部、腹部、腹足部、肺囊、心脏、神经节中均有不同程度的表达。种间表达水平与进化趋势相一致,依次为:瘤背石磺≥平疣桑椹石磺里氏拟石磺紫色疣石磺。     

瘤背石磺和里氏拟石磺背部皮肤蛋白质组差异分析

从蛋白质水平探讨瘤背石磺和里氏拟石磺背部皮肤蛋白质组差异表达,为完善石磺科贝类从海洋到陆地进化的研究以及解释两种石磺不同的环境适应性提供蛋白质依据。应用Label-free非标定量蛋白质组学技术,结合软件Sequest HT和Proteome Discoverer (Thermo),对瘤背石磺和里氏拟石磺的背部皮肤进行蛋白质组搜库鉴定及定量分析,其中瘤背石磺中鉴定到1 491个蛋白质,里氏拟石磺中鉴定到1 030个蛋白质;用Pfind软件对表达图谱进行同源序列的鉴定及定量分析,检测到928个同源蛋白表达量有差异,瘤背石磺较里氏拟石磺上调表达406个(p0.05, FC1.5),下调表达339个(p0.05, FC0.5)。适应水下生活的里氏拟石磺背部皮肤角质化程度较低,差异同源蛋白序列分析显示与角质形成、细胞凋亡相关蛋白在里氏拟石磺背部皮肤中高表达,与皮肤保湿性能相关的神经酰胺类物质在瘤背石磺中高表达;KEGG分析显示,嘌呤代谢通路中存在的差异蛋白最多,共73个,其中瘤背石磺较里氏拟石磺上调表达22个,下调表达21个。蛋白组差异分析显示关键酶尿素酶在陆栖性较强的瘤背石磺中高表达,与前人所做动物从水生到陆生进化过程中尿素酶基因完全丢失的研究结论有所出入,属于特殊物种。里氏拟石磺的皮肤辅助呼吸能力和血窦数目均高于瘤背石磺,且背部皮肤中肌纤维更加粗壮,此生理现象在蛋白质组上的表现为两种石磺能量代谢及氧离子运输相关蛋白的差别较大;瘤背石磺背部皮肤中对环境污染反应灵敏的谷胱甘肽S转移酶和谷胱甘肽过氧化物酶的表达量高于里氏拟石磺,推测其与瘤背石磺较强的皮肤免疫能力和环境适应性相关。蛋白表达谱中928个差异表达同源序列为两种石磺表现差异和环境适应的分子机制研究提供了有意义的蛋白质组的基础数据。     

脊尾白虾组织蛋白酶L基因的克隆及其表达分析

根据本实验室构建的脊尾白虾(Exopalaemon carinicauda)血细胞全长cDNA文库获得的EST序列,利用RACE技术克隆获得脊尾白虾组织蛋白酶L基因的cDNA全长,命名为EcCatL基因.该序列全长1136 bp,包括5'非编码区24 bp,开放阅读框960 bp和3'非编码区152 bp,开放阅读框共编码319个氨基酸,预测相对分子量为35.30×103,理论等电点为5.27.同源性分析表明,脊尾白虾组织蛋白酶LEcCatL氨基酸序列与其它甲壳动物高度保守,与变色小长臂虾(Palaemonetes varians)及北极甜虾(Pandalus borealis) CatL的同源性分别为92％和76％.系统进化分析表明,EcCatL基因氨基酸序列与变色小长臂虾的CatL聚为一支.荧光定量PCR分析结果表明,EcCatL基因在血细胞、鳃、肝胰腺、肌肉、卵巢、肠、胃及眼柄中均有表达,其中肝胰腺中的相对表达量最高.感染鳗弧菌及WSSV后6h和12h,脊尾白虾血细胞和肝胰腺中EcCatL的表达量较对照组均极显著增加(P＜0.01),且具有明显的时间差异性,表明EcCatL基因在脊尾白虾免疫反应中具有重要作用.     

马氏珠母贝Caspase-3基因克隆和组织表达分析

半胱氨酸蛋白酶3 (Caspase-3)作为细胞凋亡通路中重要的效应蛋白,在细胞凋亡过程中发挥着重要作用.为初步探究马氏珠母贝Caspase-3(PmCaspase-3)的生物学功能,本研究利用cDNA末端快速扩增(RACE)技术克隆获得PmCaspase-3基因cDNA的全长序列并对其序列特征进行分析;同时利用实时荧光定量PCR (RT-qPCR)方法分析了PmCaspase-3基因mRNA在马氏珠母贝不同组织和不同发育时期的表达差异.结果 显示,PmCaspase-3基因cDNA全长为2233 bp,其中5'端非编码区长度为80 bp,3'端非编码长度为31 bp,开放阅读框长度为2088 bp,共编码695个氨基酸;生物信息学分析显示,PmCaspase-3含有Caspase家族特有的CASc结构域和半胱氨酸蛋白酶家族p20、p10活性位点以及多种磷酸化位点,经进化分析以及多序列比对可知与其他物种Caspase-3蛋白同源性较高.RT-qPCR结果表明,PmCaspase-3在肝胰腺中的表达量最高,在闭壳肌中的表达量最低;在发育过程中D型幼虫期和眼点期的表达量较高.     

马氏珠母贝TRA F7基因cDNA的克隆及表达分析

肿瘤坏死因子受体相关因子7(TRA F7)属于TRAFs家族,参与多种免疫炎症反应。为了研究马氏珠母贝TRAF7(PmTRA F7)的生物学功能,本研究利用cDNA末端快速扩增(RACE)技术克隆获得PmTRA F7基因cDNA的全长序列并对其序列特征进行分析;同时利用荧光定量PCR(RT-PCR)技术检测了马氏珠母贝不同组织中PmTRA F7基因mRNA的表达。结果显示,PmTRA F7基因cDNA全长2246bp,开放阅读框(ORF)1809bp,编码602个氨基酸,5'非翻译区(5'UTR)长211bp,3'非翻译区(3'UTR)长226bp,预测分子量约为67.50kD,理论等电点为6.56。多序列比对结果发现软体动物间TRA F7具有高保守性。软件分析结果显示PmTRA F7的氨基酸序列具有典型的RING结构、锌指结构和7个重复的WD40序列。荧光定量数据分析表明,PmTRA F7基因在全组织中均有表达,在肝胰腺中表达量最高,外套膜和鳃中表达量也较高。     

中华绒螯蟹胰脂酶基因克隆及表达分析

采用cDNA末端快速扩增技术(RACE)克隆获得了中华绒螯蟹(Eriocheir sinensis)胰脂酶基因(pancreatic lipase, PL)的cDNA序列全长。该序列全长1 970 bp,开放阅读框长度为1 374 bp,编码457个氨基酸,5'和3'非编码区(UTR)长度分别为372 bp和224 bp。理化分析表明其预测分子量为51.066 kD,理论等电点为4.65。其序列中检测到脂肪酶典型的催化三联体结构、"盖子"结构以及"亲核弯"结构。蛋白同源性和进化树分析表明,中华绒螯蟹胰脂酶和其他物种同源性较高(50%左右),且和甲壳动物聚为一支而与脊椎动物相聚较远。组织表达模式分析表明,EsPL基因主要在肝胰腺、肠道、胸神经节表达较高;幼体发育阶段表达模式分析表明,EsPL基因在溞状幼体Ⅰ~Ⅲ期表达量逐渐递增,Ⅳ期显著下降,Ⅴ期较Ⅳ又显著增加,大眼幼体阶段表达最低;同一脂肪水平下,相比于含高不饱和脂肪酸的鱼油而言,植物油如豆油和亚麻油的添加均会增加胰脂酶基因的表达,且亚麻油鱼油混合油组促进效果最显著。上述结果表明饵料脂类显著影响中华绒螯蟹胰脂酶,从而为提高中华绒螯蟹对饵料脂类利用率提供了研究依据。     

三疣梭子蟹Δ6脂肪酸去饱和酶基因全长cDNA克隆与组织表达

旨在探讨三疣梭子蟹高度不饱和脂肪酸自身合成能力,探究三疣梭子蟹HUFA生物合成途径。采用cDNA末端快速扩增(RACE)技术克隆得到三疣梭子蟹△6去饱和酶cDNA全长序列,并利用荧光定量PCR技术进行肝胰腺、肠道、鳃等8种组织的表达分析。通过分析序列表明,基因序列全长2875bp,其中5'非编码区长465bp,3'非编码区长1078bp,开放阅读框(ORF)长1332bp,编码443个氨基酸;并且编码的蛋白序列具有典型的去饱和酶特性:3个组氨酸保守区,一个N端细胞色素b5结构域以及一个血红素结合的HPGG结构域。荧光定量PCR结果显示,Δ6脂肪酸去饱和酶基因在三疣梭子蟹多个组织中均有表达,在肝胰腺中表达量最高,其次是肠道和肌肉,心脏中表达最少。结果表明三疣梭子蟹具有△6去饱和酶。     

棉花咖啡酰辅酶A-O-甲基转移酶基因的克隆及表达

根据棉花纤维特异表达cDNA文库分析得到的咖啡酰辅酶A-O-甲基转移酶(CCoAOMT)基因EST序列设计引物,采用RT-PCR技术首次从棉花中克隆了一个CCoAOMT基因,命名为GhCCoAOMT1(GenBank登录号为FJ848871).研究结果表明:GhCCoAOMT1基因cDNA全长960 bp,具有一个753 bp的开放阅读框,5'非编码区为9 bp,3'非编码区为198 bp,编码250个氨基酸,预测分子量约为28.306 kDa,等电点为5.39.利用PCR方法克隆了GhCCoAOMT1基因的基因组序列,长度为1 311 bp,包含5个外显子和4个内含子.氨基酸同源性分析发现,GhCCoAOMT1与来自毛白杨、烟草和苎麻的CCoAOMT同源性较高.半定量RT-PCR检测表明,GhCCoAOMT1基因在棉花各个组织中都有表达,其中茎部的表达量最高,其次表达量依次为根>花瓣>子叶>10 d纤维>雄蕊>胚珠>叶.     

柞蚕核型多角体病毒基因表达载体系统的构建与基因表达

柞蚕是一种野外饲养的经济昆虫,主要分布在我国东北部山区。柞蚕以蛹滞育越冬,其蚕蛹个大、容易固定、保存时间长、无须饲养、容易运输等优点。利用柞蚕蛹作为生物反应器生产外来蛋白质,可以大规模机械化生产,减少操作上的烦琐和劳动力。本文利用柞蚕核型多角体病毒(AnpeNPV)作为基因表达载体,在柞蚕培养细胞(AnPe细胞)和柞蚕蛹中成功地表达了β-半乳糖苷酶基因（LacZ）,并利用AnPe细胞筛选、纯化获得了AnpeLacZ重组病毒。该重组病毒的β-半乳糖苷酶产量,在TC-100(含10%FBS)培养的AnPe细胞中最高酶活性为感染后第12天的40.9 units/ml,在SF-900Ⅱ培养的AnPe细胞中最高酶活性为感染后第18天的59.9 units/ml,后者表达量稍高,但时间滞后。AnpeLacZ在5℃保存了7个月的柞蚕蛹中,感染后第15天酶活性达到最高,雌蛹14.3 units/g,雄蛹11.7 units/g,雌蛹比雄蛹略高。结果显示,柞蚕核型多角体病毒和柞蚕蛹可以作为一个可以机械化大规模生产的新型杆状病毒基因表达载体系统开发和利用。     

Gene Expression Analysis

The response of cells to extracellular signals usually requires altered expression of many genes, possibly including several distinct metabolic pathways. In some cases, only a subset of genes involved in such responses are known, which requires techniques to analyze changes in the expression of multiple genes, both known and unknown. Three techniques, two‐dimensional gel electrophoresis, differential display, and gene discovery arrays, provide opportunities for measuring changes in gene expression levels, as well as for identifying novel gene products.     

Membrane Impression and Gene Expression

The central question in the molecular biology of differentiation is: why are new parts of the genome transcribed? Different hypotheses have been suggested for the control of the cytodifferentiation process. Many of these postulate a "time programme"; others postulate a "programme of events", leading to the conversion of cells to new phenotypes. In the model discussed here the fatter postulate is favoured, suggesting that the differentiation process is guided by the continuous and sequential changes of the microenvironment of the cell. The knowledge of the regularity of these changes is integrated as "evolutive experience", as a more or less fixed programme into the genome. Specific structures in the cell membrane (receptors, receptor areas) are able to perceive and transduce the signal of the environment. The signal can be transformed and regulated in the cell on different levels. For this process—the information flux from the cell membrane to the genome—the term " membrane impression " is proposed in contrast to the information flux from the genome to the cell membrane " gene expression ". It is mentioned that the differentiation process corresponds to the alternative interaction between the cell membrane and the genome. This typical Ping Pong interaction results in cell lineage. It is postulated that membrane receptors for the next anticipated signals are coexpressed with a specific phenotype of the cell. The possibility of the existence of different receptors is discussed.