第25卷第4期 淮海工学院学报(自然科学版) Journal of Huaihai Institute of Technology(Natural Science Edition) Vo1.25 No.4 Dec.2016 2016年12月 l专题研究l l============= 主持人孟学平教授:实时荧光定量PCR技术1996年由美国ABI公司推出,该技术实现了PCR从定 性到定量的飞跃。由于其具有操作简单、快速方便、灵敏度高、重复性好、污染率低等优点,被广泛应 用于医学检测、药物疗效考核、基因表达研究、基因检测、病原体检测、动植物检疫和食品检测等领 域。本期关于虾类基因的3篇研究论文,分别从脊尾白虾NSTN基因表达、罗氏沼虾蛋白酶D基因 克隆表达和重金属Hg对脊尾白虾线粒体基因拷贝数影响等方面,使用实时荧光定量PCR技术对 我国主要养殖虾类的与其蜕皮、生长、饲料转化密切相关的功能基因进行定量分析,对于提示甲壳类 蜕皮的分子机理以及选育生长速度快、饲料转化率高的养殖虾类新品种具有一定指导意义。 脊尾白虾MSTN基因组织及不同蜕皮后时间点的表达特征 薛 蓓h ,张 培h ,李志辉h ,赵 莲h ,邰小飞h, 徐 晔h,赖晓芳h 一 ,高 焕h, 一 ,阎斌伦h (1.淮海工学院a.海洋生命与水产学院;b.江苏省海洋生物技术重点实验室 C.江苏省海洋生物产业技术协同创新中心,江苏连云港222005; 2.江苏省农业种质资源保护与利用平台,江苏南京 210014) 摘 要:肌肉生长抑制素(myostatin,MSTN)是动物肌肉生长与发育过程中重要的因子.为揭 示该基因在脊尾白虾中的生物学功能,依据克隆获得的脊尾白虾MSTN基因的部分序列设计引物, 采用实时荧光定量PCR技术对脊尾白虾不同组织和不同蜕皮后时间点的表达特征进行了分析.结 果表明:MSTN在脊尾白虾的眼柄、鳃、心脏、肝胰腺、卵巢、胃、肠和肌肉共8个组织中均有表达,且 在眼柄、心脏和胃中表达量均高于肌肉,说明除参与肌肉生长和发育的外,MSTN在脊尾白虾 中还可能发挥其他作用;在不同蜕皮后时间点的表达特征分析中发现,在蜕皮后初期,脊尾白虾体内 MSTN的表达量显著低于蜕皮间期个体,随蜕皮后时间的延长,MSTN的表达量逐渐升高,说明 MSTN在脊尾白虾蜕皮相关的肌肉生长过程中发挥着负作用. 关键词:脊尾白虾;肌肉生长抑制素;表达特征;不同组织;不同蜕皮后时间点 中图分类号:¥968 文献标识码:A 文章编号:1672-6685(2O16)04—0066—05 Expression Profiles of Myostatin(MSTN)Gene in Different Tissues and at Different Post-molt Times in Exopalaemon carinicauda XUE Bei ,。~,ZHANG Pei ,。一,LI Zhihui , , ~,ZHAO Lian , ,TAI Xiaofeih, XU Yeh,LAI Xiaofang ' ' ,GAO Huan , ,YAN Binlun , , *收稿日期:2016—1O一12;修订日期:2O16一l1—22 基金项目:江苏省科技厅农业科技支撑计划项目(BE2013363);江苏省高校“青蓝工程”培养基金项目;江苏省普通高校研究生科研创新 计划项目(KYLX15—1486,SJI X16—0673);连云港市科技局产学研合作项目(CXY1517);淮海工学院江苏省海洋生物技术重 点实验室开放课题(2015HS001);江苏高校品牌专业建设工程一期项目(PPZY2015B159) 作者简介:薛蓓(1992一),女,山东日照人,淮海工学院海洋生命与水产学院硕士研究生,主要从事海洋生物繁殖与遗传育种方面的研 究,(E-mail)malvsy@l63.corn. 通讯作者:阎斌伦(1962一),男,江苏连云港人,淮海工学院海洋生命与水产学院教授,硕士生导师,主要从事甲壳类种质资源及繁育方 面的研究,(E—mail)yanbl@hhit.edu.cn. 第4期 薛蓓等:脊尾白虾MSTN基因组织及不同蜕皮后时间点的表达特征 67 (1.a.School of Marine Life and Fisheries;b.Jiangsu Key Laboratory of Marine Biotechnology;c.Co-innovation Center of Jiangsu Marine Bio-industry Technology,Huaihai Institute of Technology,Lianyungang 222005,China; 2.The Jiangsu Provincial Platform for Conservation and Utilization of Agricultural Germplasm,Nanjing 210014,China) Abstract:In vertebrates,myostatin(MSTN),one of the members of transforming growth factor— (TGF—G),is known to negatively regulate skeletal muscle growth.In order to investigate the ex— pression profiles in different tissues(eyestalk,gill,heart,hepatopancreas,ovary,stomach,inst— estines and abdominal muscle)and at different post—molt times(1,5,10 and 15 min)in the ridge— tail white prawn,Exopalaemon carinicauda,specific primer pairs of MSTN for quantitative real— time PCR(qRT—PCR)were designed.The results revealed that MSTN expressed in all the eight tested tissues,indicating that MSTN should play important roles of biological functions in addition to regulate muscle growth.However,the expression levels for different tissues were varied,and the highest levels exited in heart and stomach,which were significantly different from other tis— sues.The expression level of MSTN tend tO increase with prolong of time after molting.At the very beginning after post—molting,the expression levels of MSTN were significantly lower than that of the control group,however,rising to the same level of control group later.The above re— suits suggested that MSTN was a negative factor to regulate the muscle growth in Exopalaemon c乜r c口“ . Key words:Exopalaemon carinicauda;MSTN;expression profiles;different tissues;different post—molt times 肌肉生长抑制素(myostatin,MSTN)又称生长 分化因子8(growth differentiation factor 8,GDF一 8),是转化生长因子8(transforming growth factor 适应性广等优点,目前已经被作为池塘混养的主要 物种之一_9 .近几年有关脊尾白虾分子生物学的 研究逐渐增多,诸如卵黄蛋白原受体(vitellogenin receptor,VgR)基因[1 、ADP核糖基化因子1口 和 a2一巨球蛋白基因_1 等与其繁殖和免疫等相关的基 beta,TGF一8)超家族的成员,在骨骼肌肉的生 长发育中起着十分重要的作用口 ].近年来,对脊椎 动物MSTN基因机制的认识逐渐完善,在甲壳 类中的研究也受到了广泛关注.目前,已经在美洲海 螯虾(Homarus americanus) ]、日本仿长额虾 (Pandalopsis 口ponica)_4]、斑节对虾(Penaeus monodon)l5 和凡纳滨对虾(Litopenaeus van— 因被陆续克隆得到.为了进一步研究脊尾白虾与蜕 皮相关的肌肉生长过程中的分子机理,本研究根据 本实验室前期获得的脊尾白虾MSTN基因的部分 序列(GenBank登录号:KX893514)对不同组织以 及不同蜕皮后时间点的脊尾白虾体内MSTN基因 的表达特征进行研究,以期为揭示甲壳类蜕皮相关 namei)¨6]等物种中克隆得到MSTN基因cDNA序 列,并且发现MSTN在甲壳类肌肉生长过程中发挥 调节作用.甲壳类动物的肌肉生长是以蜕皮为中心 间歇式进行的,其骨骼肌具有更强的可塑性,主要表 肌肉生长的机制提供帮助. 1 材料与方法 1.1试验材料 现在蜕皮诱导的肌肉组织的可逆性萎缩l7 ].因此, MSTN在脊椎动物和甲壳动物肌肉生长过程中的 分子机制可能存在差异,具体机制仍有待深入 研究. 试验用脊尾白虾取自连云港赣榆佳信水产开发 有限公司,实验室暂养7 d后进行试验,暂养期间保 持连续充气,维持水温26℃,盐度28,pH 8.0,早晚 各投喂饵料1次,吸污换水1次. 脊尾白虾(Exopalaemon carinicauda)隶属于 甲壳纲(Crustacea),十足目(Decapoda),长臂虾科 (Palaemonidae),白虾属(Palaemon),是我国黄渤 海区域一种重要的经济虾类,具有繁殖能力强、环境 选取个体较大(体长约8 cm,体质量约3 g)的 脊尾白虾3只,分别采取其眼柄、鳃、心脏、肝胰腺、 68 淮海工学院学报(自然科学版) 2016年12月 卵巢、胃、肠和腹部肌肉等共8个组织,用于RNA 的提取. 选取体质量(1.61±0.42)g、体长(6.67±0.61) cm个体作为不同蜕皮后时间点脊尾白虾取材.每2 只个体为一组,共8组,置于28 cm×18 em×2O cm (长×宽×高)的透明塑料箱中进行养殖,每组取材 后重新补入2只脊尾白虾,至全部取材完成.养殖期 间密切关注脊尾白虾的活动情况,分别在蜕皮后1, 5,10和15 min取材,每个时间点各取3次,每次取 材时,同时以同一塑料箱内未蜕皮处于蜕皮问期个 体为对照.取脊尾白虾腹部肌肉用于RNA的提取. 1.2方法 1.2.1 RNA提取及cDNA合成 将上述脊尾白 虾材料经液氮研磨后,使用Trizol试剂盒(上海生 工生物工程有限公司)提取总RNA.经质量分数 1 琼脂糖凝胶验证RNA的完整性后,用第一链 cDNA合成试剂盒(PrimeScriptTMRT Master Mix, Takara,China)逆转录获得cDNA,一2O℃保存. 1.2.2 实时荧光定量PCR 以上述不同组织和不 同蜕皮后时间点的脊尾白虾cDNA样品为模板,依 据本实验室先期获得的脊尾白虾MS丁N的部分序 列(GenBank登录号:KX893514)设计实时荧光定 量PCR引物,并以18S rRNA(GenBank登录号: HQ172894.1)为内参基因,分别进行针对MS丁N 的荧光定量分析,引物如表1所示. 表1 实时荧光定量PCR引物 Table l Primers for MSTN quantative real—time PCR 引物 序列(5 一3 ) 功能 MSTN—F TACGGAAGGAATTCGACGCC MS丁N荧光 MSTN R TTGACGGCCCTGTGAGTCTA 定量引物 1 8S rRNA—F TATACGCTAGTGGAGCTGGAA l8S rRNA 18S rRNA—R GGGGAGGTAGTGACGAAAAAT 荧光定量引物 荧光实时定量PCR采用2O L扩增体系,其中 包括:1 x SYBR Premix Ex Taq Ⅱ10 taL,1× ROX Reference Dye 0.4 L,cDNA模板2 L,上下 游引物(10 t ̄mol/L)各0.2 L,灭菌水7.2 L_利 用StepOnePlus 荧光定量PCR仪(Applied Bio— systems Inc.)进行扩增,PCR程序如下:95℃30 s; 95。C 5 s,60。C 3i s,共40个循环;以及一个绘制熔 解曲线的程序95℃15 s,6O℃60 s,95℃15 s. 1.2.3数据分析采用比较Ct法对获得的定量结 果进行分析,用SPSS 16.0软件进行单因素方差分 析(One—Way ANOVA),显著性水平为P<0.05. 2结果与分析 2.1 脊尾白虾MSTN组织表达特征 为了探明MSTN在脊尾白虾体内不同组织间 的表达差异特征,利用荧光定量PCR技术对其在眼 柄、鳃、心脏、肝胰腺、卵巢、胃、肠和腹部肌肉等8个 组织中的mRNA水平进行了检测.检测结果(见图 1)表明,MSTN在检测的8个组织中均有表达,但 不同组织中的表达量存在显著差异,其中心脏和胃 中的表达量最高,且与除眼柄外的其他组织均存在 显著性差异(P<0.05),其次为眼柄、肌肉和肝胰 腺,而在卵巢、鳃和肠中的表达量最低. 咖 莨 O 8 6 4 2 0 肌肉鳃肝胰腺卵巢肠 眼柄心脏胃 组织 注:相同小写字母表示不同组织MSTN的表达量差异 不显著(P>0.05). 图1脊尾自虾MSTN基因在不同组织的表达特征 Fig.1 Expression profiles of MSTN mRNA in tissues of E.cnrl,lfcnMd口 2.2脊尾白虾蜕皮后不同时间点MSTN表达特征 蜕皮后不同时间点的qRT—PCR结果如图2所 示,脊尾白虾MSTN在蜕皮后的1,5,10和15 rain 的表达量呈现随时问延长逐渐上升的趋势,在1,5 和10 min时,MsT』\,的表达量均低于对照组,且在 1 min和5 rain与对照组均存在极显著性差异(P< 0.01);而在蜕皮后15 min时,脊尾白虾MSTN的 表达量则高于对照组. 3 讨论 3.1 脊尾白虾MSTN的组织表达差异分析 大量研究表明,MSTN与肌肉生长、脂肪沉淀 及一些与肌肉有关的疾病密切相关 “].最初 McPherron等 在小鼠骨骼肌中发现MSTN,并且 认为其具有组织特异性.但是,随着对MSTN的研 第4期 薛蓓等:脊尾白虾MSTN基因组织及不同蜕皮后时间点的表达特征 69 究深入,发现在猪和大鼠等脊椎动物中MSTN除 在骨骼肌中表达外,在心脏等组织中也有表达_l。。 ; 在鸡等家禽中,除在骨骼肌和心肌中有表达外,在肾 脏、脑和肠中也有少量表达l1 ;鱼类MSTN的表达 范围则更为广泛,在鳃、肾脏、性腺、肠、脑等多个组 织中均有表达ll .本研究结果进一步表明, MSTN在甲壳动物多组织中均有表达,这与在美洲 海螯虾、日本仿长额虾和斑节对虾中的结果类 似 ],说明MSTN除对肌肉生长有作用外,在 其他组织中可能还发挥不同的生物学功能.然而, MSTN在美洲海螯虾中表达量最高的组织是腹部 肌肉和后肠_3],在斑节对虾心脏中表达量最高_5],本 研究在脊尾白虾中发现MSTN在心脏和胃中的表 达量显著高于肌肉. 2-5 2 蒌- O.5 O 5 10 l5 蜕壳后时间/min 注:**表示与对照差异极显著(P<O.01). 图2脊尾白虾MSTN基因蜕皮不同时间点表达特征 Fig.2 Expression profiles of MsTN mRNA at different post。molt times of E.carinicauda 3.2 脊尾白虾MSTN在不同蜕皮后时间点的表达 特征分析 大量研究结果表明,在哺乳动物中MSTN对于 骨骼肌生长是一个负因子 。 .同样,Covi 等l2。 在黑背陆地蟹的爪部肌肉组织中发现,MSTN 也表现出抑制蛋白合成的功能.本研究中,通过对蜕 皮后1,5,10和15 min脊尾白虾体内MSTN表达 量的分析发现,在蜕皮后初期,脊尾白虾体内 MS丁N的表达量显著低于蜕皮间期个体(P< 0.O1),而这一阶段正是甲壳类动物进行肌肉重塑和 生长的时期 。 ,说明MSTN的低表达有利于脊 尾白虾的肌肉生长;而随着蜕皮后时问的延长,脊尾 白虾在蜕皮后10 rain左右外观基本恢复正常,同时 MlSTN的表达量逐渐升高,至15 min时略高于对 照组,可能是脊尾白虾蜕皮后肌肉的重塑及生长完 成后,MS丁N表达量升高来抑制蛋白的继续合成, 说明MSTN在脊尾白虾肌肉生长中起负作用. 然而在斑节对虾和凡纳滨对虾中,MSTN则表现出 对蜕皮周期中肌肉生长的正作用,抑制MSTN 表达后,生长速率会减缓l6。].因此,在甲壳动物中, MSTN可能参与到肌肉质量的,并随着蜕皮周 期的进行呈现一定的特异性表达,但具体的机 制仍需要进一步研究. 参考文献: [1]龙定彪,张克英,陈代文,等.肌肉生长抑制素的研究进 展[J].动物营养学报,2007,19(S1):498—502. r2]SZABO G,DALI MANN G,MULLER G,et a1.A deletion in the myostatin gene causes the compact (Cmpt)hypermuscular mutation in mice[J].Mamma— lian Genome,1998,9(8):671-672. 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