金钱鱼agrp基因cDNA克隆及饥饿与复投喂对其表达的影响.pdf
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1、D O I:1 0.1 6 3 7 8/j.c n k i.1 0 0 3-1 1 1 1.2 1 1 6 6第4 2卷第5期2 0 2 3年9月水产科学F I S HE R I E S S C I E N C EV o l.4 2N o.5S e p.2 0 2 3金钱鱼a g r p基因c D NA克隆及饥饿与复投喂对其表达的影响蔡博生1,2,陈华慧1,罗翠婷1,翟 毅1,2,李广丽1,2,邓思平1,2(1.广东海洋大学 水产学院,广东 湛江5 2 4 0 8 8;2.广东省名特优鱼类生殖调控与繁育工程技术研究中心,广东 湛江5 2 4 0 8 8)摘 要:为探究刺鼠相关蛋白/神经肽Y(A
2、 g R P)神经元在金钱鱼应答饥饿与复投喂过程中所起的调控作用,采用反转录P C R自金钱鱼下丘脑克隆了a g r p 1和a g r p 22种亚型基因,并采用实时荧光定量P C R分析了2种基因在金钱鱼不同组织中的表达情况和正常投喂组(2、7d)、饥饿组(2、7d)、复投喂组(饥饿7d然后复投喂3h)金钱鱼(体质量5 26 0g)下丘脑、肝脏和肠道中a g r p 1和a g r p 2基因的表达情况。序列分析结果显示,a g r p 1和a g r p 2基因的开放阅读框长度分别为4 2 9b p和3 5 1b p。组织表达结果显示,a g r p 1基因主要在下丘脑和肌肉中表达,a
3、g r p 2基因主要在下丘脑和脑垂体中表达。饥饿及复投喂结果表明:下丘脑中,a g r p 1基因表达水平在饥饿2d后差异不显著,饥饿7d后显著下调,复投喂后其表达水平恢复正常;肝脏中,a g r p 1基因表达水平在饥饿2d后下调,但饥饿7d后显著上调,复投喂后其表达水平下调到正常水平;肠道中,a g r p 1基因表达水平在饥饿2d后无显著差异,饥饿7d后显著上调,复投喂后其表达水平下调到正常水平。饥饿和复投喂期间,下丘脑、肝脏和肠道中a g r p 2基因表达水平与对照组差异不显著。结果表明,下丘脑、肝脏和肠道中的a g r p 1基因参与了金钱鱼摄食过程的调节。关键词:金钱鱼;刺鼠相
4、关蛋白;饥饿及复投喂;摄食中图分类号:Q 7 8 6文献标识码:A文章编号:1 0 0 3-1 1 1 1(2 0 2 3)0 5-0 8 2 1-0 9收稿日期:2 0 2 1-0 8-1 9;修回日期:2 0 2 2-0 2-2 3.基金项目:国家自然科学基金资助项目(3 1 9 7 2 7 7 5);大学生创新创业计划项目(C X X L 2 0 1 8 1 3 2).作者简介:蔡博生(1 9 9 5),男,硕士研究生;研究方向:水产经济动物繁殖生理学.E-m a i l:1 0 4 0 0 9 7 4 2 2q q.c o m.通信作者:邓思平(1 9 7 4),男,教授;研究方向:水
5、产经济动物繁殖生理学.E-m a i l:d e n g s p g d o u.e d u.c n.下丘脑刺鼠相关蛋白/神经肽Y(A g R P)神经元,是摄食调节的关键中枢。A g R P是A g R P神经元分泌的一种神经肽,是一种作用较强的食欲刺激因子1-2。在机体能量缺乏时,下丘脑内A g R P神经元通过感知神经信号和代谢信号被激活,a g r p基因过表达合成A g R P并参与瘦素信号传导,进而影响摄食 行 为,实 现 食 欲 调 节 和 能 量 平 衡 的 中 枢调控3-6。目前,对A g R P的研究主要集中在哺乳动物。在四足动物中发现,a g r p为单拷贝基因,而在硬骨
6、鱼类中普遍存在2种a g r p亚型基因7。在人和家鼠中,a g r p基因主要在下丘脑中表达8。鸟类的a g r p基因主要在下丘脑、毛囊和皮肤中表达9。硬骨鱼类中a g r p基因的不同亚型在组织表达上存在差异,有的在脑中高表达,有的在鳃和性腺中高表达1 0-1 1。A g R P在食欲和体质量的调控中起着重要作用。研究证实,药物损伤成年小鼠(M u sm u s c u l u s)的A g R P神经元或向其脑内注射A g R P会导致摄食行为丧失或摄食量显著增加1 2-1 3。近年来,关于A g R P在鱼类摄食调控中的研究相继被报道。在斑马鱼(D a n i or e r i o)
7、中,损伤A g R P 1神经元可导致斑马鱼食物消耗量显著减少1 4;禁食状态下,斑马鱼下丘脑中A g R P 1神经元数量会增加并参与食欲调节1 5。A g R P参与了欧洲舌齿鲈(D i c e n t r a r c h u sl a b r a x)1 6和团头鲂(M e g a l o b r a m aa m b l y c e p h a l a)1 7的摄食调节,长期饥饿状态下a g r p基因的表达量均显著上调。金钱鱼(S c a t o p h a g u sa r g u s)属鲈形目金钱鱼科金钱鱼属。金钱鱼具有极强的环境适应性和抗逆性,但生长较为缓慢,是我国南海的一种名
8、特优鱼种。目前,在金钱鱼的生物学1 8、性别调控1 9、生长调控2 0-2 1方面已有了初步的研究。也有学者对金钱鱼下丘脑神经肽P h o e n i x i n2 2和S p e x i n2 3在摄食调节中的作用进行了初步探讨:A g R P也是鱼类下丘脑分泌的一种神经肽,但其在金钱鱼摄食调节中的作用尚未见报道。为探明A g R P在金钱鱼摄食调节中的作用,笔者克隆了金钱鱼a g r p 1基因和a g r p 2基因,采用实时荧光定量P C R检测这2种a g r p基因在金钱鱼各组织中的分布和饥饿及复投喂处理后其在下丘脑、肠道和肝脏中的表达水平变化情况,旨在为阐明金钱鱼下丘脑神经肽在摄
9、食调节中的作用 以及为该鱼 的人工养殖 提供理论依据。1 材料与方法1.1 试验材料基因克隆所用的金钱鱼购自广东省湛江市霞山区水产品批发市场。组织表达和饥饿及复投喂试验所用金钱鱼均来自广东海洋大学东海岛海洋生物研究所基地。所有试验鱼取样前用间氨基苯甲酸乙脂乙磺酸盐麻醉,并置于冰上取所需组织,组织取出后立刻投入液氮中保存用于总R NA提取、反转录和基因表达。1.2 试验方法1.2.1 总R NA提取及反转录总R N A提取参照T r i z o lr e a g e n t(I n v i t r o g e n,U S A)试剂盒的说明书操作,用1%琼脂糖凝胶电泳检测片段R NA完整性和采用核
10、酸蛋白测定仪测定R NA浓 度。采 用P r i m e S c r i p tTMR Tr e a g e n tK i tw i t hg D NAE r a s e r(T a K a R a)合成第1链c D NA。1.2.2 基因克隆基于大黄鱼(L a r i m i c h t h y sc r o c e a)a g r p基因,在金钱鱼转录组数据库中筛选出与其相似度较高的u n i g e n e片 段,根 据 筛 选 的 序 列,利 用P r i m e rp r e m i e r6.0设 计 特 异 性 引 物 对(a g r p 1-F:AT-G T T T G G C
11、 T C T G T G C T G C,a g r p 1-R:G C AG C A-C AGAG C C AAA C AT;a g r p 2-F:AT G T T T G G C TC T G T G C T G C,a g r p 2-R:G C A G C A C A G A G C C A A A-C A T)。以下丘脑c D NA为模板进行P C R扩增:9 4变性3 0s,5 6退火3 0s,7 2延伸1m i n,3 3个循环。P C R扩增结束后,取5LP C R产物在1.0%琼脂糖凝胶电泳中检测。采用琼脂糖回收试剂盒回收、纯 化 目 的 片 段:将 回 收 纯 化 后 的
12、 产 物 与P e a s y-T 3载体连接,使用溶菌肉汤培养基进行培养,挑取单克隆的菌落送至生工生物工程(上海)股份有限公司测序,所有的引物均由生工生物工程(上海)股份有限公司合成。1.2.3 序列分析和聚类分析运用D NAMAN8.0软件对所得到的测序结果进行剪切拼接,获得推导的金钱鱼a g r p 1、a g r p 2基因的开放阅读框和氨基酸序列。以S i g n a lI P4.1(h t t p:/www.c b s.d t u.d k/s e r v i c e s/S i g n a l P/)预测金钱鱼a g r p信号肽。由美国生物技术信息中心数据库获得其余物种的A g
13、R P 1、A g R P 2的氨基酸序列。利用D N A s t a r软件对金钱鱼与其他A g R P氨基酸进行同源性分析。运用M E G A8.0邻位相接法,基于A g R P 1、A g R P 2氨基酸序列构建系统进化树。1.2.4 组织分布自养殖池塘随机挑选3尾试验鱼立即取下丘脑、垂体、鳃、肝脏、心脏、脾脏、肾脏、肠道、头肾、肌肉和胃1 1个组织,置于液氮保存,用于总R NA提取和反转录,获得组织表达的c D NA模板。以金钱鱼a g r p 1和a g r p 2基因(特异性引物:a g r p 1-F 1,C TG T G C T G C T G T G C T G T T;a
14、 g r p 1-R 1,C AAG G C TG C T G A T G A G T C。a g r p 2-F 1,A G C G A T G A G G A C C G-A C A A;a g r p 2-R 1,G C AG T G G C AGAT G G T G T T)为目的基因,-a c t i n基因(-a c t i n-F:GAGAG G T-T C C G T T G C C C A G A G;-a c t i n-R:C A G A C A G C A-C AG T G T T G G C G T)为内参基因,采用A B I7 5 0 0P C R仪,S Y B R
15、 G r e e nR e a l t i m eP C R M a s t e rm i x试剂盒(TOYO B O,日本)操作说明建立反应体系,实时荧光定量P C R检测各组织中的表达情况。实时荧光定量P C R的反应条件:9 5预变性1m i n;9 4变性1 5s,5 6退火1 5s,7 2延伸4 5s并收集荧光信号,4 0个循环;然后进行熔解曲线分析。1.2.5 饥饿及复投喂对a g r p 1和a g r p 2基因表达水平的影响选取体质量5 26 0g的金钱鱼用于饥饿及复投喂试验。将选取的金钱鱼随机分为正常投喂组、饥饿组和复投喂组。正常投喂组(对照组)每日定量(饵料为鱼体质量的2
16、%)、定时(9:0 0)投喂(饵料购于中国悦群海洋生物研究开发公司),连续投喂7d;饥饿组分别在饥饿2d和7d后取样;复投喂组为饥饿7d后再投喂,并在投喂3h后取样。饥饿组和复投喂组在每个取样时间点均取3尾试验鱼的下丘脑、肝脏和肠道用于总R NA提取和反转录。实时荧光定量P C R检测饥饿和复投喂后a g r p 1和a g r p 2基因表达情况,实时荧光定量P C R方法与组织分布所用的方法相同。1.2.6 数据分析每个样品进行2次实时荧光定量P C R,取2次的平均Ct值,运用2-Ct计算a g r p 1和a g r p 2基因相对表达量。所有数据均以平均值标准差表示。利用S P S
17、S1 9.0软件进行单因素方差分析,采用邓肯多重228水 产 科 学第4 2卷比较进行各组之间a g r p 1和a g r p 2基因的表达量差异比较,当P0.0 5),饥饿7d后,a g r p 1基因表达水平与对照组相比显著下调(P0.0 5)(图6 b)。肝脏中,饥饿2d后,a g r p 1基因表达水平与对照组相比显著下调(P0.0 5),饥饿7d后,a g r p 1基因表达水平显著上 调(P0.0 5)(图7 a);a g r p 2基因无论饥饿2、7d还是复投喂后,其基因表达水平与对照组相比 无 显 著 性 变 化(P0.0 5)(图7 b)。在肠道中,饥饿2d后,a g r
18、p 1基因表达水平与对照组相比无显著性变化(P0.0 5),饥饿7d后,a g r p 1基因表达 水 平 显 著 上 调(P0.0 5)(图8 b)。图5 实时荧光定量P C R检测金钱鱼组织中a g r p 1(a)与a g r p 2(b)基因的表达情况F i g.5 T i s s u ed i s t r i b u t i o no f t h ea g r p 1(a)a n da g r p 2(b)i nb u t t e r f i s hS.a r g u sb yq P C RH y.下丘脑;P i.脑垂体;G i.鳃;L i.肝脏;H e.心脏;S p.脾脏;K i.
19、肾脏;I n.肠道;HK:头肾;S t.胃;M u.肌肉.H y.h y p o t h a l a m u s;P i.p i t u i t a r yg l a n d;G i.g i l l;L i.l i v e r;H e.h e a r t;S p.s p l e e n;K i.k i d n e y;I n.i n t e s t i n e;HK.h e a d-k i d n e y;S t.s t o m a c h;M u.m u s c l e.图6 饥饿及复投喂对金钱鱼下丘脑中a g r p 1(a)和a g r p 2(b)基因表达的影响F i g.6 E f
20、f e c t s o f s t a r v a t i o na n dr e f e e d i n go nt h ee x p r e s s i o no f a g r p 1(a)a n da g r p 2(b)i nt h eh y p o t h a l a m u s o f t h eb u t t e r f i s hS.a r g u s字母不同表示同一时间各试验组之间存在显著性差异(P0.0 5),下同.D i f f e r e n t l e t t e r sm e a n t h a t t h e r e i s s i g n i f i c a
21、n t d i f f e r e n c e a m o n gd i f f e r e n t e x p e r i m e n t a l g r o u p s a t t h e s a m e t i m e(P 0.0 5),e t s e q u e n t i a.图7 饥饿及复投喂对金钱鱼肝脏中a g r p 1(a)和a g r p 2(b)基因表达的影响F i g.7 E f f e c t s o f s t a r v a t i o na n dr e f e e d i n go nt h e e x p r e s s i o no f a g r p 1
22、(a)a n da g r p 2(b)i n l i v e ro f t h eb u t t e r f i s hS.a r g u s528第5期蔡博生等:金钱鱼a g r p基因c D NA克隆及饥饿与复投喂对其表达的影响图8 饥饿及复投喂对金钱鱼肠道中a g r p 1(a)和a g r p 2(b)基因表达的影响F i g.8 E f f e c t so f s t a r v a t i o na n dr e f e e d i n go nt h e e x p r e s s i o no f a g r p 1(a)a n da g r p 2(b)i nt h e
23、 i n t e s t i n eo fb u t e r f i s hS.a r g u s3 讨 论3.1 金钱鱼a g r p基因序列、编码氨基酸序列比对及系统进化分析A g R P属 于A g o u t i信 号 蛋 白 家 族 的 一 员,其C端具有一个富含半胱氨酸残基的区域。2个半胱氨酸残基之间形成1个二硫键,而二硫键对于蛋白质三级结构的稳定性具有重要作用2 4。本试验结果显示,金钱鱼2种亚型A g R P在C端均具有1 0个半胱氨酸残基,并形成5个二硫键。这一特征与金鱼(C a r a s s i u sa u r a t u s)2 5、齐口裂腹鱼(S c h i z o
24、-t h o r a xp r e n a n t i)2 6、欧 洲 舌 齿 鲈1 6、红 鳍 东 方鲀2 7中的情况一致,且该结构域高度保守,由此推测该 结 构 域 在 不 同 物 种 间 可 能 具 有 相 似 的功能。从美国 国 家 生 物 技 术 信 息 中 心 数 据 库 以 及现有的文献发现,硬骨鱼类a g r p基因命名方式主要有3种:第1种是a g r p 1和a g r p 2,如日本花鲈等;第2种是a g r p-l i k e和a g r p,如攀鲈(A n a b a s t e s t u d i n e-u s)、大黄鱼和尖吻鲈(L a t e sc a l c
25、a r i f e r)等;第3种是a g r p 1和a g r p,如金头鲷等。氨基酸序列系统进化树显示,金钱鱼A g R P 1和A g R P 2明显聚为两支,其中金钱鱼A g R P 1与其他硬骨鱼类A g R P 1、A g R P-l i k e聚为一类,金钱鱼A g R P 2与其他硬骨鱼类A g R P 2、A g R P聚为一类。金钱鱼A g R P 1与其他硬 骨 鱼 类 的A g R P 1、A g R P-l i k e同 源 性 较 高(6 6.9%8 7.3%),与其他硬骨鱼类A g R P 2、A g R P同源性较低(1 9.7%2 4.1%);金钱鱼A g
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