斑节对虾耐氨氮相关基因整合素β、Rh蛋白、钠氢离子转运体的鉴定及功能研究

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为研究斑节对虾(Penaeus monodon)耐氨氮的分子机制,本文利用RACE技术首次克隆了参与斑节对虾氨氮应激响应的整合素β(PmItgb)基因及氨氮解毒代谢途径上的Rh蛋白(Pm Rh)基因和钠氢离子转运体(Pm NHE)基因的cDNA全长,并对其进行了生物信息学分析。通过QPCR技术分析了三个基因在各组织中的分布、在96h急性氨氮胁迫下的表达变化模式,证明了其与氨氮胁迫存在相关性。本文对PmItgb在斑节对虾的生长发育、蜕皮、先天免疫和氨氮诱导的细胞凋亡等几个方面进行了探究。我们的研究结果在一定程度上表明PmItgb基因与氨氮胁迫所导致的生长发育缓慢及先天免疫系统功能下降等现象之间可能存在关联。Pm Rh和Pm NHE基因是氨氮解毒代谢途径的基因,本论文并利用RNAi技术探究了它们与氨转运排泄其他相关基因之间的关系以及高氨氮环境下这两个基因的沉默与死亡速率之间的关系。为研究Pm Rh基因和Pm NHE基因在斑节对虾氨氮的解毒代谢过程中所起的作用奠定了基础。斑节对虾整合素β(PmItgb)基因的cDNA全长3011bp(Gen Bank associated NO:MK264335),5’非编码区(UTR)251bp,开放阅读框2325bp,3’非编码区(UTR)435bp,Poly A尾部22bp。该基因编码774个氨基酸的多肽,预测分子量为86.407 k Da,理论等电点为5.05。系统进化树分析表明,PmItgb的氨基酸序列与中国对虾并为一枝相似度为93%。定量结果表明PmItgb mRNA在血淋巴细胞中高表达。此外,就发育阶段而言,PmItgb在受精卵、无节幼体IV、溞状幼体I和III期以及仔虾后期的表达显著高于其他发育阶段。PmItgb在对虾表皮中的表达在蜕皮后(B)阶段较高,在其他蜕皮阶段较低。我们还发现,哈维氏弧菌和鳗弧菌的刺激增强了PmItgb在肝胰腺和鳃中的表达。当PmItgb被抑制时,ALF、crustin 1、crustin 7、Penaeidin 3和Penaeidin 5等先天免疫相关基因明显下调。此外,我们还证明了PmItgb沉默可降低对虾血淋巴的细菌的清除率。在高氨氮浓度下,PmItgb在肝胰脏和鳃中的表达显著上调。PmItgb沉默后,高浓度氨氮引起的死亡率下降,相关抗凋亡基因表达上调,凋亡基因表达略有下调。这些结果提示,PmItgb可能参与了对虾的先天免疫,并介导了高氨氮环境诱导的肝胰腺细胞凋亡。斑节对虾Rh蛋白(Pm Rh)基因的cDNA全长为1946 bp(Gen Bank associated NO:MT164533),包括开放阅读框ORF 1476bp,5’端非编码区264 bp,3’端非编码区206 bp。编码491个氨基酸,其分子量为160.57KDa,理论等电点为4.85。序列含有13个磷酸化位点和3个糖基化位点,12个跨膜结构域。序列含有一个铵转运功能结构域,位于60-462 aa。系统进化树分析表明斑节对虾Pm Rh与凡纳滨对虾(Litopenaeus vannamei)的Rh type A like蛋白进化关系最为密切,相似度最高达92.26%。定量结果显示Pm Rh mRNA在鳃中表达量最高,且具有表达特异性。在高氨氮浓度下,Pm Rh在鳃、血淋巴和肌肉中的表达显著上调。Pm Rh沉默后,高浓度氨氮引起的血氨浓度上升,死亡率上升。Pm Rh被抑制可使具有氨氮转运功能的基因NKA、K+-channel、AQP、CA、VAMP在高氨氮胁迫下的mRNA表达量出现不同程度的下调,Pm NHE基因则出现显著性上调,以及与氨氮解毒代谢密切相关的GS基因表达呈显著上调的现象。由此可以推断Pm Rh可能在斑节对虾的氨氮的代谢调控机制中处于核心地位。氨氮代谢涉及多种蛋白质间复杂的相互作用,这类蛋白质可运输两种分子形式不同的氨NH3和NH4+,Pm Rh蛋白与其他蛋白间复杂的相互作用使得NH3和NH4+运输能够协调进行,并有助于精细调控斑节对虾鳃中氨氮的转运和排泄。斑节对虾钠氢离子转运体(Pm NHE)基因的cDNA全长2788bp(Gen Bank associated NO:MT164534),包括开放阅读框ORF 2643bp,5’端非编码区76bp,3’端非编码区78 bp,编码877个氨基酸,其分子量为97.97KDa,理论等电点为6.54。含有23个磷酸化位点和6个糖基化位点,且存在12个跨膜结构域。序列含有一个钠/质子交换器结构域,位于78-490 aa。进化树表明斑节对虾Pm NHE与凡纳滨对虾的亲缘关系最为接近,相似度最高达到93.92%。Pm NHE在多种组织中均有表达,肠道中Pm NHE表达最为丰富,在肌肉中的表达量仅次与肠道。定量结果表明,在高浓度的氨氮胁迫下,斑节对虾鳃组织中的Pm NHE表达显著性上调,肠组织中的Pm NHE显著下调。Pm NHE的沉默可导致斑节对虾在高氨氮环境中的死亡速率上升。该结果为进一步探讨斑节对虾Pm NHE在氨氮胁迫下所起到的作用提供了基础。
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