育珠对合浦珠母贝N19和Prismalin-14基因表达水平的影响

为探讨育珠对壳基质蛋白基因表达的影响,开展了合浦珠母贝(Pinctada fucata)N19和Prismalin-14基因在育珠贝和非育珠贝中的荧光定量表达研究。结果显示,N19和Prismalin-14在育珠贝与非育珠贝的闭壳肌、肝胰脏、性腺、肠、鳃等组织中均无表达,在外套膜均有表达;N19在珍珠囊表达,而Prismalin-14则不表达。N19与Prismalin-14在育珠贝外套膜的表达量均大于非育珠贝,表明育珠可能对某些壳基质蛋白的表达具有一定的促进作用。其中Prismalin-14在育珠贝外套膜的表达量最高(P<0.01),是非育珠贝外套膜Prismalin-14的1.23倍,是育珠贝外套膜N19的25.04倍,是非育珠贝外套膜N19的41.04倍,推测在珍珠贝生长过程中,对Prismalin-14的需求量可能比N19大。N19在育珠贝珍珠囊中表达量最高(P<0.01),是育珠贝N19外套膜的11.58倍,是非育珠贝外套膜的18.97倍,推测在珍珠形成的过程中,对N19的需求量可能比贝壳自身生长对N19的需求量大。

贝壳中交错纹状的结构对力学性能的影响

软体动物贝壳作为最简单的生物矿化材料利用坚硬的外壳保护了柔弱的软体组织。以腹足纲香螺为对象,研究其内层交错纹状的结构及有机蛋白质对纳米压痕等力学性能的影响。实验结果表明,加热前后贝壳的力学性能发生改变,加热后各项力学性能随之降低。加热前后贝壳交错纹状结构中有机蛋白质分子和文石晶体界面处模型的变化,表明力学性能不仅仅与贝壳独特的微观结构相关,同时也与其中的有机质以及有机质和无机相之间的健合等因素有关。

三角帆蚌新发现的贝壳基质蛋白基因hic9的分离、鉴定及其在珍珠早期形成过程中的作用

为进一步研究珍珠质形成的分子机理,使用RACE-PCR技术从三角帆蚌外套膜中克隆到一个新的贝壳基质蛋白基因hic9。RT-PCR和原位杂交技术结果显示,hic9主要在闭壳肌和外套膜中表达,且在外套膜外褶的外表皮各部分都有信号,在壳皮沟中同样有信号,这些结果表明,hic9是一个同时参与了贝壳角质层、棱柱层和珍珠层形成的多功能基质蛋白基因。hic9富含甘氨酸(14.81%)、脯氨酸(13.58%)和丙氨酸(12.35%),在序列中部形成"Gly-X-X"的结构(X为任意氨基酸),与近C末端连续重复丙氨酸结构(polyA)一起使hic9具有类似蛛丝蛋白的结构特征。hic9 C末端由一段疏水性序列"LAWMLFV"组成,推测这段序列形成β折叠结构,紧邻该序列89～91位是"Asp-Leu-Asp"序列,这是一个典型的Ca2+结合位点。此外,通过实时定量PCR检测了珍珠形成早期阶段hic9在初生珍珠囊中的表达情况,插片后3～15 d hic9在珍珠囊中的表达水平维持在大致相同的表达水平,在碳酸钙沉积物从无序向有序转变时期(18～25 d),表达水平较第15天有显著的升高,这表明hic9参与了这一过程,在珍珠层的形成过程中发挥了关键作用。

马氏珠母贝msi60基因表达量与经济性状的相关分析

[目的]探讨矿化基因、贝壳和珍珠经济性状之间的相关关系。[方法]选择47个培育优质珍珠的马氏珠母贝,测量贝壳的壳宽、壳高、壳长、绞合线长、总壳重、左壳重、珠层厚度及珍珠的直径、重量、珠层厚度,并分析矿化基因msi60在外套膜内缘组织的相对表达量,珍珠经济性状和贝壳经济性状之间的相关关系。[结果]珍珠的珠层厚度、珍珠直径和珍珠重量3个经济性状均与受体贝贝壳的壳宽、壳长、总壳重和左壳重呈显著相关,推测育珠贝的生长状况在一定程度上影响珍珠的培育;msi60在外套膜内缘的相对表达量与珍珠重量之间存在相关性(P=0.059),贝壳和珍珠的珍珠层厚度存在显著相关性(P=0.019),推测在马氏珠母贝中,贝壳的矿化和珍珠的矿化可能具有共同的上游调控元件。[结论]msi60在形成贝壳珍珠质层的外套膜内缘组织中的基因表达量与珍珠的经济性状相关。该研究为马氏珠母贝生物矿化分子机制的研究提供基础资料。

基于Illumina平台的厚壳贻贝外套膜转录组从头测序

为了解贻贝贝壳基质蛋白的分子多样性,采用Illumina高通量测序平台,对厚壳贻贝(Mytilus coruscus)外套膜组织开展转录组文库构建及从头测序研究,总计产出6 970 102 920nt数据,共77 445 588条干净阅读子;经序列拼接与组装,获得厚壳贻贝外套膜转录组单一基因共计106 452个,总长55 222 289nt,平均长度519nt,N50达到754nt;并对上述单一基因进行了生物学功能注释和聚类分析。为进一步挖掘贻贝贝壳基质蛋白相关基因,通过对单一基因的序列注释以及利用已知贝壳基质蛋白序列进行本地搜索,共鉴定出与12种已知贝壳基质蛋白同源的厚壳贻贝外套膜单一基因124条。通过对厚壳贻贝贝壳基质蛋白单一基因进行序列分析和比较,发现厚壳贻贝与其他软体动物,如鲍属、牡蛎属和珠母贝属等在贝壳基质蛋白组成以及序列上具有一定的保守性,暗示着贝壳基质蛋白可能具有共同的起源;同时,首次从贻贝属中发现了3种贝壳棱柱层特异的贝壳基质蛋白单一基因。这为后续贻贝贝壳基质蛋白的大规模鉴定以及对贝壳形成机制的探讨奠定了基础。

合浦珠母贝不同壳基质蛋白基因的表达水平比较

采用荧光定量PCR技术分析了不同壳基质蛋白基因之间的表达水平差异、组织表达特征以及育珠对表达水平的影响。结果显示,msi31、aspein、msi7基因只在外套膜组织中表达;nacrein和n19基因除在外套膜表达外,在珍珠囊中也有表达;而accbp在外套膜、闭壳肌、性腺、消化腺、腮和珍珠囊中都有表达,在外套膜中表达量最高,其次为性腺。accbp、msi31、msi7和nacrein基因在育珠贝和非育珠贝外套膜中的表达水平有显著性差异,aspein与n19无显著性差异;其中msi31基因在育珠贝外套膜的表达量上调,accbp、msi7与nacrein下调。不论在育珠贝还是非育珠贝的外套膜组织中,msi31的表达水平最高,n19最低;但在珍珠囊中n19的表达量最高,且远高于在外套膜中的表达水平。

生长激素与胰岛素样生长因子-Ⅰ对马氏珠母贝壳生长形成相关基因表达的影响

研究了外源生长激素与胰岛素样生长因子-Ⅰ处理对马氏珠母贝Pinctada fucata Gould胰岛素相关多肽受体基因(irr)和5种壳基质蛋白基因(nacrein、efcbp、n19、aspein及accbp)表达水平的影响。结果表明,激素处理显著提高了irr基因的表达水平(P<0.05),这与其在软体动物中作为胰岛素样生长因子受体的作用相一致。nacrein基因的表达水平在激素处理组也有显著升高(P<0.05),表明生长激素与胰岛素样生长因子-Ⅰ两种外源激素都增强了马氏珠母贝的生长代谢水平;与对照组相比,n19、aspein与accbp3个基因的表达水平在激素处理组均下调(P<0.05),说明这3个基因的表达受到激素调节通路的抑制作用。此外,研究发现aspein与accbp两个基因的表达在各个实验样本中具有极高的相关性,说明这两个基因在激素通路中可能受到同一个上游因子调控。efcbp基因表达水平在激素处理组与对照组之间表达稳定,各样本之间无显著性的变化(P>0.05)。

三角帆蚌类丝状基质蛋白基因silkmaxin的克隆及其在贝壳和珍珠生物矿化中的作用

贝壳基质蛋白指导了珍珠形成过程中碳酸钙的成核、晶体生长和晶型选择等关键 过程。为进一步研究珍珠形成的分子机理,本实验使用RACE-PCR技术克隆得到一个新 的贝壳基质蛋白基因,并命名为silkmaxin。组织表达分析和原位杂交分析表明,该蛋白 于外套膜缘膜部外上表皮组织特异性表达,证明silkmaxin基因所编码的蛋白属于珍珠层 基质蛋白。silkmaxin基质蛋白氨基酸序列富含甘氨酸(Gly,33.0%)和丝氨酸(Ser, 10.4%),蛋白结构由β-折叠构成,类似丝状蛋白结构。分析珍珠形成早期珍珠囊中该蛋 白基因的表达发现,silkmaxin基因在珍珠囊内碳酸钙沉积物从无序到有序的转变过程中 起了重要作用。通过RNA干扰实验可知,贝壳基质蛋白是珍珠层文石小片正常生长不可 缺少的因子,当silkmaxin基因表达被抑制,文石小片的成核、大小和形状均发生了改变。

厚壳贻贝一种新型贝壳胶原蛋白的重组表达与功能分析

贝壳是一种具有优异力学性能的生物硬组织,贝壳基质蛋白质对贝壳的形成具有重要意义。厚壳贻贝(Mytilus coruscus)贝壳中发现一种类似胶原蛋白质的新型贝壳基质蛋白质,命名为collagen-like protein 2(CLP-2)。然而,该蛋白质的结构与功能以及对贝壳形成的影响机制尚不清楚。为此,本研究对CLP-2开展了序列分析;进一步采取密码子优化结合原核重组表达策略,开展了CLP-2的重组表达;在此基础上分析了重组CLP-2对酸钙结晶的诱导、结晶速率抑制以及碳酸钙结合能力。对CLP-2的序列分析结果表明,该蛋白质序列中含有信号肽及两个Von Willebrand factor A(VWA)结构域。CLP-2在数据库中尚无高同源性蛋白质存在,表明这是一种较为新颖的贝壳基质蛋白。所获得的重组CLP-2对碳酸钙体外结晶表现出明显的诱导作用,扫描电镜以及傅里叶红外光谱结果表明,重组CLP-2可诱导碳酸钙晶体的形貌由立方体形转化为球形,并在高浓度下进一步转化为哑铃形;同时,重组CLP-2可促使碳酸钙晶体的晶型由方解石型向文石型转化;重组CLP-2在体外具有碳酸钙晶体结合作用;此外,重组CLP-2能显著抑制碳酸钙晶体的结晶速度(P<0.01),并具有浓度依赖性。上述结果表明,厚壳贻贝贝壳CLP-2蛋白质在贝壳,特别是文石型肌棱柱层的生物矿化过程中具有重要作用。上述研究为深入了解贻贝贝壳的形成机制,以及胶原类蛋白质对生物矿化过程的影响奠定了基础。

翡翠贻贝外套膜转录组及贝壳珍珠质层和肌棱柱层蛋白质组分析

贝类贝壳在生物材料学及仿生学研究中占据着重要地位。贝壳基质蛋白质是贝壳中的主要有机质成分,对贝壳的形成以及贝壳的力学性能至关重要。翡翠贻贝(Perna viridis)贝壳主要由肌棱柱层和珍珠质层两种微观结构组成,其结构层次较简单,是研究贝壳基质蛋白质及其与贝壳形成关系的极好材料。为深入研究翡翠贻贝贝壳基质蛋白质的分子组成以及分布特点,首先采用扫描电子显微镜,观察翡翠贻贝贝壳内表面珍珠质层和肌棱柱层的微观结构;采用刮取法获得贝壳内表面珍珠质层和肌棱柱层的粉末;对不同层次的贝壳粉末,利用酸溶法去除碳酸钙成分,所获得的有机质组分通过离心将其分为酸可溶性组分和酸不溶性组分。采用Illumina深度测序技术对翡翠贻贝外套膜组织进行大规模测序和序列组装,在此基础上,采用LC-MS/MS质谱技术结合外套膜转录组数据库搜索,对翡翠贻贝肌棱柱层和珍珠质层贝壳基质蛋白质开展组学分析。扫描电镜观察结果表明,翡翠贻贝贝壳有两种不同形貌结构的层次,其中珍珠质层为片状堆叠结构,而肌棱柱层为柱状结构。翡翠贻贝外套膜转录组测序共计获得69 859条Unigene。蛋白质组学鉴定结果表明,翡翠贻贝贝壳中总计鉴定到蛋白质54种,其中38种为肌棱柱层所特有蛋白质,3种珍珠质层特有蛋白质,另有13种在珍珠质层和肌棱柱层均被鉴定到。肌棱柱层特有蛋白质的分子多样性明显强于珍珠质层。上述研究为进一步探讨贝壳不同微观层次的形成机制,以及贝壳基质蛋白质对贝壳不同结构层次的调控作用机制奠定了基础。

贝类闭壳肌-贝壳连接界面的分子组成及连接机制

贝类贝壳是一种生物矿化组织,其优异的力学性能使之成为生物材料学研究的重要模型,贝壳的组成分子主要包括约95%的碳酸钙晶体以及5%的有机质,其微观结构由具不同晶型和形貌的碳酸钙晶体组合而成;贝壳基质蛋白作为贝壳形成的关键性分子,对贝壳的力学性能有着重要贡献。贝类闭壳肌与贝壳的连接界面因为涉及到有机相-无机相之间的生物粘附,在生物医学工程方面同样具有重要的研究意义。但目前相关的研究还不多见,已有的报道主要围绕闭壳肌-贝壳连接界面的微观结构及蛋白质分子组成开展。贝类闭壳肌主要连接于贝壳肌棱柱层,两者之间存在一层有机质膜,形成闭壳肌-膜-肌棱柱层的连接体系,而贝壳基质蛋白,特别是肌棱柱层特有的蛋白在该界面连接中可能发挥着重要作用。

一种新型贝壳基质蛋白的重组表达与功能分析

贝壳是在贝壳基质蛋白的调控下形成的生物矿化产物,也是生物工程和生物材料学研究的重要对象。贝壳基质蛋白通过调控碳酸钙晶体的成核和生长过程,使贝壳形成有规则的纳米结构并赋予贝壳极强的力学性能。在厚壳贻贝肌棱柱层中鉴定到一种新型贝壳基质蛋白,因其富含谷氨酰胺而被命名为富含谷氨酰胺的贝壳蛋白(Glutamine-rich shell protein,GRSP),该蛋白序列中含18.2%的谷氨酰胺以及PDZ(Postsynaptic density/Discs large/Zonula occludens)和ZM(ZASP-like Motif)结构域。为了解GRSP在生物矿化过程中的分子机理,在序列分析的基础上,采用密码子优化结合原核重组表达策略,获得重组厚壳贻贝GRSP;进一步利用扫描电镜和傅里叶红外光谱,分析重组GRSP对方解石型以及文石型碳酸钙晶体在形貌和晶型方面的影响;同时,利用沉淀法分析重组GRSP对碳酸钙结晶速度的影响以及与碳酸钙晶体的结合作用。结果表明,重组GRSP可诱导文石型碳酸钙晶体发生形貌变化,并对方解石型碳酸钙晶型产生影响。此外,重组GRSP表现出与碳酸钙结合的活性并能抑制方解石型碳酸钙晶体的结晶速度。上述结果表明,GRSP蛋白可能对贝壳的形成及发育具有重要影响并在贝壳肌棱柱层的形成中发挥重要作用。

厚壳贻贝转凝蛋白类贝壳基质蛋白的重组表达与功能分析

为探明从厚壳贻贝(Mytilus coruscus)贝壳肌棱柱层中鉴定的一种新型贝壳基质蛋白——转凝蛋白类蛋白(transgelin-like protein,TLP)在贝壳形成过程中可能的分子机制,在序列分析基础上,对厚壳贻贝TLP进行原核重组表达及其表达产物的纯化,并分析其对方解石型和文石型碳酸钙晶体形貌的诱导作用及对晶型的影响,同时,分析其对2种晶型碳酸钙晶体结晶速度的抑制及结合作用。序列分析结果显示,厚壳贻贝TLP含有一段钙调理蛋白同源(calponin homology,CH)结构域,其三级结构以α-螺旋结构域为主。功能分析结果表明,重组厚壳贻贝TLP能诱导方解石型和文石型碳酸钙晶体在形貌上产生变化,其中:对方解石型碳酸钙晶体的晶型具有向文石型转化的作用,但对文石型碳酸钙晶体的晶型无影响。重组TLP对方解石型碳酸钙晶体的结晶速度具有明显的抑制作用,而对文石型碳酸钙晶体的结晶速度在蛋白质量浓度较高时具有促进作用。此外,重组TLP具有结合方解石型碳酸钙晶体的作用,但与文石型碳酸钙晶体无明显结合。以上结果表明,TLP对贝壳的形成具有影响并可能在贝壳肌棱柱层的形成中起到了重要作用。

厚壳贻贝whirlin类贝壳基质蛋白的重组表达与功能分析

贝壳历来是生物工程和材料学研究的重要对象。贝壳中的贝壳基质蛋白质在贝壳的形成与发育过程中具有重要的调控作用。Whirlin类蛋白质(Whirlin-like protein,WLP)是一种从厚壳贻贝(Mytilus coruscus)中鉴定的新型贝壳基质蛋白质。序列分析结果显示,该蛋白质含有PDZ(postsynaptic density/Discs large/Zonula occludens)结构域,而该结构域对贝壳生物矿化的影响目前尚无报道。为深入了解WLP在贝壳形成中对碳酸钙晶体的影响,在序列分析基础上,采用密码子优化结合原核重组表达,获得其重组表达产物后,开展了重组WLP对碳酸钙晶体形貌及晶型的影响研究,结晶速度抑制以及碳酸钙晶体结合分析。分析结果表明,重组WLP能诱导文石型碳酸钙晶体的形貌和方解石型碳酸钙晶体的晶型发生改变;同时重组WLP对碳酸钙晶体具有结合作用,且能抑制碳酸钙晶体的结晶速度。上述结果表明,WLP对贝壳的形成及发育具有重要影响,并可能在贝壳肌棱柱层的形成中发挥了重要作用。

东风螺、弯竹蛏和斑节对虾的壳基质蛋白组学分析

从软体动物中的腹足纲、双壳纲以及节肢动物中的甲壳纲分别选取了3种中国沿海常见的品种——东风螺、弯竹蛏、斑节对虾,提取并分析它们的壳基质蛋白。利用液相色谱串联质谱(LC-MS/MS)技术对蛋白质组学进行分析发现特定的蛋白质具有明显的种属差异:①N66蛋白(一种碳酸酐酶)通常存在于弯竹蛏中,但不存在于东风螺和斑节对虾中,揭示N66蛋白质具有特异性,在未来的物种鉴定中可能具有重要的参考意义;②角质层蛋白AM1199和CP14.6存在于斑节对虾的表皮结构中,在东风螺和弯竹蛏中未检测到;③血蓝蛋白同时在3种动物外壳的基质蛋白中被鉴定出来,揭示了其在不同物种的外壳形成与发育过程中的重要作用。该研究为壳基质蛋白在软体动物或节肢动物外壳中的鉴定提供了基础,也为探索不同物种的生物矿化过程提供了重要参考。

养殖珍珠贝贝壳基质蛋白研究进展

基质蛋白是一类存在于贝壳和珍珠矿化结构中的蛋白,在贝壳和珍珠的形成过程中,碳酸钙在基质蛋白的作用下形成高度复杂有序的生物矿化结构。因此在养殖珍珠贝中进行基质蛋白的研究对阐明珍珠的形成机理具有重要意义。概述了养殖珍珠贝中已发现的基质蛋白和它们的结构特点、矿化功能以及在珍珠形成过程中作用机理的最新研究进展,旨在为进一步提高珍珠质量提供参考资料。