青岛文昌鱼zglp-1基因的进化与表达研究

为了在头索动物文昌鱼中对zglp-1(Zinc finger, GATA-like protein 1)基因进行鉴定,并检测其在青岛文昌鱼(Branchiostomajaponicum)中的组织定位,本文对文昌鱼zglp-1基因的进化及表达进行了研究。同线性分析表明,文昌鱼zglp-1基因是斑马鱼zglp-1和人ZGLP-1基因的同源基因。文昌鱼Zglp-1蛋白的锌指结构域在进化上保守性较高,其三维结构与脊椎动物Zglp-1蛋白的三维结构也高度相似。系统进化分析显示,文昌鱼Zglp-1处于脊椎动物Zglp-1进化的基部,可能代表了脊椎动物Zglp-1进化的原始形式。利用RACE技术克隆得到青岛文昌鱼zglp-1基因完整的ORF序列,其编码389个氨基酸。实时定量PCR技术显示zglp-1基因在文昌鱼性腺中特异高表达,其中在卵巢表达最高;再利用切片原位杂交技术发现zglp-1基因在卵巢、精巢、肝盲囊和鳃等组织中有阳性信号,其中在卵巢中信号最强,与实时定量PCR检测结果基本一致。综上,本研究表明文昌鱼zglp-1为脊椎动物Zglp-1的同源基因,其在文昌鱼性腺高表达,这与该基因在脊椎动物性腺中的表达模式相类似。

文昌鱼Gcm2-like基因的进化与表达

Gcm(Glial cells missing)是含Gcm-motif的转录因子。在果蝇中,Gcm决定神经元细胞与胶质细胞的分化命运;而在哺乳动物中,Gcm基因有Gcm1和Gcm2两种形式,主要表达于非神经组织,分别参与尿囊绒膜和甲状旁腺的形成。故Gcm在无脊椎动物与脊椎动物中的功能是有差异的,但对其是怎样进化的并不清楚。文昌鱼是在进化中接近脊椎动物的无脊椎动物,是进化研究的良好模式生物。本文利用生物信息学方法鉴定出文昌鱼基因组中存在Gcm2-like基因,并对其进化与表达进行了研究。Gcm2(或Gcm2-like)基因存在于从刺胞动物到哺乳动物的各物种中,而Gcm1基因仅从两栖动物中才开始出现。无脊椎动物的Gcm2-like基因可能代表了脊椎动物Gcm1和Gcm2基因分化前的原始形式,且无脊椎动物的Gcm2-like基因可能与脊椎动物的Gcm2基因直系同源。另外,通过利用RT-PCR和原位杂交技术对文昌鱼Gcm2-like基因的表达进行了检测发现:Gcm2-like基因主要在文昌鱼的鳃、肠和肝盲囊中表达,特别是在鳃中明显高表达,支持哺乳动物甲状旁腺起源于鳃的观点。本研究为进一步揭示Gcm功能的进化奠定了基础。

雌雄文昌鱼差异表达基因的转录组分析

本文用转录组学技术系统考察了雌雄文昌鱼的差异表达基因。将性腺发育成熟的青岛文昌鱼(Branchiostoma belcheri)雌雄分离,分别对排卵前雌鱼(F1组)和释精前的雄鱼(M1组),以及排卵后雌鱼(F2组)和释精后的雄鱼(M2组)进行了转录组测序。分析显示:排卵与释精前的雌雄文昌鱼(F1组与M1组)有13434个显著差异表达的基因,排卵与释精后的雌雄文昌鱼(F2组与M2组)有5957个显著差异表达的基因;不论排卵与释精前还是后,相比于雄性,雌性文昌鱼低表达的基因均多于高表达的基因。对各组间差异表达基因进行KEGG通路聚类分析,发现排卵与释精前(F1组与M1组),雌雄文昌鱼中差异表达的基因极显著地富集到7个KEGG通路中,分别为神经活性配体-受体相互作用(Neuroactive ligand-receptor interaction)、细胞粘附分子(Cell adhesion molecules)、造血细胞系(Hematopoietic cell lineage)、肥大型心肌病(Hypertrophic cardiomyopathy)、细胞外基质相互作用(ECM-receptor interaction)、PI3K-Akt信号通路和金黄色葡萄球菌(Staphylococcus aureus)感染;而排卵与释精后(F2组与M2组),雌雄文昌鱼中差异表达的基因极显著地富集到3个KEGG通路中,包括神经活性配体-受体相互作用、细胞粘附分子、病毒性心肌炎(Viral myocarditis)。进一步分析发现,与血管内皮生成相关的基因如F11R、JAM2、CDH5等,雌性都比雄性文昌鱼呈显著的高表达。