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鳜鱼蛋白磷酸酶(PP1)基因家族的克隆、表达特征和SNP多态性分析

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摘要

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第一章 文献综述

1.研究背景

1.1 鳜鱼的养殖现状及养殖中的问题

1.2 鳜鱼驯食研究现状

2.学习记忆与摄食的关系研究进展

2.1 学习记忆的研究进展以及与摄食的关系

2.2 学习记忆与鳜鱼摄食行为的关系研究进展

3.蛋白磷酸酶(PPl)基因家族研究进展

3.1 PPl家族成员类型及生理功能

3.2 PPl与学习记忆的关系

4.单核苷酸多态性

4.1 SNP及其检测技术

4.2 SNP与生物体性状的关系

4.3 SNP在辅助育种上的应用

5.本文研究目的与意义

第二章 材料与方法

1.试验材料

1.1 主要试剂

1.2 主要仪器

1.3 实验鱼

2.实验方法

2.1 鳜鱼驯化与取样

2.2 DNA的提取与检测

2.3 RNA的提取与检测

2.4 鳜鱼PPl基因核心片段扩增

2.5 PPlcab基因3’-RACE克隆

2.6 鳜鱼PPl基因mRNA表达水平分析

2.7 鳜鱼PPl基因组SNP位点筛查

2.8 PPlcaa和PPlcb突变位点转录因子预测分析

第三章 结果与分析

1.基因组DNA提取以及检测

2.总RNA提取以及反转录

3.鳜鱼PPl基因cDNA的克隆

4.鳜鱼PPl基因序列分析

5.鳜鱼PPl基因mRNA的组织分布

6.在易驯食和不易驯食鳜鱼中PPl基因mRNA表达分析

7.鳜鱼PPlcaa和PPlcb基因SNP筛查和分型

8.鳜鱼PPlcaa和PPlcb基因突变位点转录因子结合预测分析

第四章 讨论

第五章 小结

参考文献

硕士期间发表的论文

致谢

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摘要

鳜鱼是我国主要的名贵经济鱼类之一,具有无肌间刺,肉质鲜美等特点。在野生自然环境中,鳜鱼从一开口就只摄食活的饵料鱼,拒绝摄食死饵料鱼和人工饲料。但是,当通过适当方法进行人工驯养后,部分鳜鱼可以摄食冰鲜饵料鱼,甚至是人工饲料。目前对鳜鱼驯食人工饲料个体差异的分子机制还很少有文章报道。本课题组通过对易驯食和不易驯食冰鲜的鳜鱼转录组分析,发现鳜鱼驯食与视觉、食欲、节律、学习记忆等相关通路有着重要的关系。丝氨酸/苏氨酸蛋白磷酸酶1(Serine/threonine protein phosphatase,PP1)是学习记忆通路中一个重要的蛋白磷酸酶。许多研究已表明PP1在哺乳动物脑中具有抑制学习和长时程记忆的作用。在本研究中,我们探究鳜鱼PP1家族中四个亚型基因与鳜鱼接受人工饲料个体差异的关系,试图为研究鳜鱼接受人工饲料个体差异的分子机制提供理论知识。
  我们采用了PCR和RACE技术克隆了鳜鱼四个PP1亚型PP1caa、PP1cab、PP1cb和PP1cc基因的cDNA序列。通过序列分析发现,PP1caa基因cDNA序列3131bp,编码325个氨基酸;PP1cab基因cDNA序列1336bp,编码290个氨基酸;PP1cb基因cDNA序列2108bp,编码327个氨基酸;PP1cc基因cDNA序列1794bp,编码323个氨基酸。鳜鱼PP1caa、PP1cab、PP1cb和PP1cc氨基酸序列与其他鱼类、哺乳类以及两栖类呈高度相似性。通过系统进化分析发现,鳜鱼PP1caa与PP1cab聚集在PP1α一支上;鳜鱼PP1cb与哺乳动物的PP1cb聚集在一小支上,且与其他物种的PP1cb共同聚在PP1β一大支上;鳜鱼PP1cc和其他鱼类的PP1cc基因紧密聚集在PP1γ一支。结果表明克隆得到的四种鳜鱼PP1基因分别属于PP1α(PP1caa和PP1cab),PP1β(PP1cb)和PP1γ(PP1cc)三种类型。
  通过RT-PCR检测了四个PP1亚型的mRNA在鳜鱼不同组织中的表达情况,发现四种亚型在鳜鱼脑、肝脏、肠、心脏等组织中广泛表达,而不同的亚型在不同组织中表达丰度截然不同。PP1cab和PP1cc在脑中表达最为丰富。PP1 caa和PP1cb在肝脏中表达量最高,这可能与鳜鱼的新陈代谢有着重要的关系;其次在脑组织中表达较高,这可能与鳜鱼的长期记忆和脑中神经突触发生有重要的关系。
  当鳜鱼驯化之后,又检测了易驯食和不易驯食鳜鱼PP1caa、PP1cab、PP1cb和PP1cc的mRNA在脑、肝、肠中的表达水平。结果显示,PP1cab和PP1cc两个基因的表达在易驯食鳜鱼和不易驯食鳜鱼的脑、肝和肠中没有显著性差异。PP1caa和PP1cb两个基因在易驯食组鳜鱼脑中表达水平显著高于在不易驯食组鳜鱼脑中的表达(P<0.05)。当鳜鱼驯化后,在易驯食鳜鱼脑中PP1caa和PP1cb两个基因表达升高,可能导致脑中磷酸化和去磷酸化的过程处于一种不平衡的状态,影响到与长时程记忆和突触可塑性有关基因的转录调控,从而使学习和长时程记忆受损。本研究同时推测易驯食的鳜鱼可能通过调节自身PP1等相关基因来适应新的摄食环境,鳜鱼被驯化后使得对原来摄食活鱼天然习性的记忆减退,产生新的吃饲料的记忆,从而能够长久接受人工饲料。在易驯食鳜鱼的肝脏中PP1cb的mRNA表达水平是在不易驯食组鳜鱼肝脏中的2.20倍呈显著性差异,这可能是因为不同的食物摄入引起机体新陈代谢的变化造成的。
  在PP1caa和PP1cb基因上还分别检测到了一个单核苷酸多态性(SNP, singlenucleotide polymorphism)位点,而PP1cab和PP1cc两个基因中没有发现SNP位点。将PP1caa和PP1cb基因上的SNP位点在易驯食和不易驯食两个鳜鱼群体中进行基因分型,并与鳜鱼驯食性状进行相关性分析。结果表明PP1caa和PP1cb基因上的SNP位点都与鳜鱼驯食性状具有显著的关联性。
  将PP1caa和PP1cb两个基因的突变位点进行转录因子预测分析,发现两个位点突变后分别使PP1caa和PP1cb基因上的多个与转录调控相关的转录因子结合发生了变化。这可能与PP1caa和PP1cb这两个基因在易驯食和不易驯食两组间呈现出表达差异有关。
  综上所述,在PP1基因家族中PP1caa和PP1cb两个基因在易驯食和不易驯食鳜鱼脑中呈现出显著性的表达差异,结合其他分析结果为研究鳜鱼接受人工饲料个体差异的分子机制提供了较好的理论知识。同时在PP1caa和PP1cb两个基因中存在的SNP位点也可以作为可靠分子标记运用到鳜鱼分子标记辅助育种中。

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