海湾扇贝(Argopecten irradians)性腺发育的转录组学分析

摘要

性别决定与分化和性腺发育过程是生物学基础研究中最为复杂的问题之一，也是分子遗传学、发育生物学研究的重要内容和努力攻克的难题。绝大多数生物体生存和进化的根本动力都要依赖两性的产生，因此，越来越多的研究致力于阐明性别决定与分化的分子机制;然而，这些研究主要集中在模式生物和其它一些高等动物上，对海洋软体动物的相关问题知之甚少。作为起源古老、分布广泛和性别系统类型多样的类群，扇贝成为了研究海洋软体动物性别决定与分化机制的一个良好材料。本研究采用一种雌雄同体的海湾扇贝，利用转录组学的研究手段，探究了扇贝性别决定与分化和性腺发育过程的分子机制，并为后续进一步的实验研究提供了基础数据，以期能完善对海洋软体动物性别决定与分化问题的认知。
　　本研究的主要目的是对海湾扇贝性别决定与分化和性腺发育过程的分子机制进行初步探究，但是由于海湾扇贝目前尚无基因组和完整的转录组信息可供参考，实验首先依据研究目的的需要，应用RNA-seq技术、采用2×100的测序策略和Trinity拼接软件，以石蜡切片法确定的未分化期、增殖期、生长期和成熟期的海湾扇贝卵巢和精巢为材料，构建了海湾扇贝完整的性腺转录组，并对转录组进行了分析。此次测序共获得413，751，945条clean reads，约820Gb的数据量;将通过质量过滤的97.39％的高质量数据拼接后共得到了171，018条基因片段，平均测序深度为106×。把整理获得的海湾扇贝性腺转录组序列与公共数据库进行比对，得到了23，449条注释信息，然后，实验又针对具有注释信息的序列进行了Gene Ontology(GO)注释和Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes(KEGG)代谢通路分析。
　　在成功构建了海湾扇贝性腺转录组的基础上，本研究利用RSEM、edgeR等软件，对获得的海湾扇贝卵巢和精巢不同发育时期的24个转录组文库进行了差异分析。经过检验，实验总共获得了4，507、6，160、4，933个分别在性别决定/分化、卵巢发育和精巢发育过程中差异表达的序列，在这些序列中，有注释信息的分别为1，991、2，975和2，457条。本研究又分别对有注释的序列部分进行了GO富集分析，结果显示，在性别决定/分化中差异表达的基因在多个GO term中得到了富集，而卵巢和精巢发育过程中差异表达基因的富集效果并不明显。为了获得最为可能的候选基因，本研究进一步地将获得的差异表达基因与有文献支持的涉及性别决定/分化以及性腺发育过程的基因进行了比较，发现了foxL2、dmrt1和dpy-30等在其它物种中被证实具有性别决定与分化作用的基因以及marf1、lsml4a等和spl7、tssk1等在其它物种卵巢和精巢发育过程中起重要作用的基因;另外，实验还发现了一些可能参与海湾扇贝性别决定/分化以及性腺发育的新基因和新序列。
　　本研究确定了海湾扇贝不同发育时期的性腺材料，成功构建了28个海湾扇贝性腺的转录组文库，获得了完整的海湾扇贝性腺转录组数据，并分析出了可能参与海湾扇贝性别决定/分化以及性腺发育过程的候选基因。最终，本实验得到了许多重要的候选基因和这些基因的表达模式，这些结果为后续进一步的研究提供了丰富的基础数据。

目录

声明

摘要

第一章 文献综述

0 引言

1 扇贝的生殖系统

1．1 扇贝生殖系统的发生

1．2 扇贝性腺发育过程

1．3 扇贝各类生殖细胞的组织形态

2 性别决定与分化及性腺发育

2．1 性别决定与分化的分子机制

2．2 性腺发育的分子基础

3 性别决定与分化机制的研究手段

3．1 性反转

3．2 性染色体分析

3．3 基于正向遗传学的方法

3．4 反向遗传学技术

4 基于转录组测序技术的性腺转录组学研究

4．1 转录组测序(RNA-seq)技术及其优势

4．2 贝类性腺转录组学的研究进展

5 本研究的目的与意义

第二章 海湾扇贝性腺的转录组测序、拼接和功能注释

0 引言

1 材料和方法

1．1 扇贝性腺材料收集

1．2 性腺的发育时期确定和转录组文库构建

2 结果与分析

2．1 石蜡切片鉴定性腺发育时期

2．2 测序结果及Trinity拼接

2．3 基因功能注释、分类和代谢途径分析

3 讨论

3．1 海湾扇贝性腺发育特点

3．2 海湾扇贝性腺转录组评估

第三章 性别决定／分化及性腺发育相关基因的筛查

0 引言

1 实验数据和处理方法

1．1 实验数据

1．2 数据处理

2 结果与分析

2．1 海湾扇贝性腺的基因表达谱

2．2 差异表达基因分析

2．3 差异表达中前30个基因的表达模式及其分析

2．4 差异表达基因的GO注释比较

3 讨论

参考文献

个人简历

发表的学术论文

致谢