三角帆蚌碳酸酐酶基因与珍珠颜色和珍珠形成相关初步研究

摘要

三角帆蚌是我国广泛用于育珠的淡水蚌，探索珍珠的形成机理具有重要的生产实践意义。本实验从其转录组库中筛选获得一个碳酸酐酶基因的部分序列，通过RT-PCR和RACE法获得了HcCA3(carbonic anhydrase3 in Hyriopsis cumingii)基因的cDNA全长序列。通过组织特异性表达、珍珠形成中各组织的表达、RNA干扰、荧光原位杂交和western blot技术对HcCA3基因表达和功能进行了探索。
　　1.三角帆蚌HcCA3基因的cDNA克隆和结构分析
　　通过RT-PCR和RACE法获得一个碳酸酐酶基因的全长序列，命名为HcCA3，GenBank为KX181539。该基因全长为1628bp，包括3'非翻译区（3' UTR）511bp，5'UTR为65bp，开放阅读框（ORF）1053bp，编码氨基酸350个。该蛋白包括一个碳酸酐酶结构域和一小段低复杂度区域，N端有一个信号肽序列，由19个氨基酸组成，无跨膜结构，具有糖基化位点4个以及磷酸化位点6个。多重序列比对表明三角帆蚌HcCA3与其它物种的碳酸酐酶序列的相似度为24.15到46.61％，同时具有三个Zn2+位点，我们推测Zn2+的存在是HcCA3蛋白发挥功能的关键。
　　2.三角帆蚌HcCA3基因的荧光定量表达分析
　　组织荧光定量分析结果表明HcCA3基因主要在三角帆蚌的后端缘膜、前端缘膜和中央膜中表达，其他组织几乎无表达量。在白色蚌和紫色蚌外套膜中， HcCA3基因表达量最高出现在后端缘膜，前端缘膜表达量次之，中央膜表达量最低。在紫色蚌中，后端缘膜表达显著高于前端缘膜，白色蚌中两者之间的表达差异不显著。在紫色蚌中前端和后端缘膜以及中央膜中的表达量均显著高于白色蚌中对应部位。推测HcCA3基因参与了贝壳的形成，同时与珍珠层的颜色形成相关。
　　qRT-PCR检测插片后HcCA3基因在前端和后端缘膜、中央膜、珍珠囊、斧足、鳃和肠的表达，结果表明HcCA3基因在后端和前端缘膜以及珍珠囊中表达趋势类似，均先下降后升高，最低点分别为24 h、96 h和7 d；中央膜的表达呈现先升后降的趋势，最高表达在3h。推测该基因参与了珍珠的形成，且外套膜不同部位在珍珠形成过程中它们具有某种互补的作用。斧足，鳃和肠中分别在28 d、12 h和24 h表达量显著增高，其他时刻表达量很低，这些非矿化组织的表达出现突然性的增高，可能是因为生物体本身就是一个复杂的系统，各组织间需要相互协调共同完成某些生理过程。
　　3.三角帆蚌HcCA3基因荧光原位杂交、western blot分析
　　荧光原位杂交结果显示杂交信号主要出现在缘膜的外表皮细胞以及边缘膜的外褶和中褶的内外表皮细胞内，推测该基因同时参与了角质层、棱柱层和珍珠层的形成。
　　原核表达结果显示，该基因的重组蛋白一部分以包涵体存在，另外部分以可溶性蛋白存在。通过构建重组载体、表达和纯化蛋白，动物免疫以及抗体的纯化获得HcCA3多克隆抗体，对三角帆蚌各组织进行westernblot检测，结果显示HcCA3主要表达于后端和前端缘膜、中央膜，与荧光定量结果类似，推测其参与了三角帆蚌的生物矿化。
　　4.三角帆蚌HcCA3基因的RNA干扰分析
　　RNAi预实验筛选三条目的基因干扰链，其中干扰链siRNA-HcCA3-1的干扰效果最好；同时筛选了4条阴性对照链，发现HcCA3基因在注射不同的阴性对照链的各个组织中的表达均呈现不同程度的显著性下降，并没有筛选到合适的阴性对照链。在RNAi正式实验中，随着累计注射干扰链siRNA-HcCA3-1，HcCA3基因在后端和前端缘膜内的表达出现了相似的特征，12 d出现了敲降作用(分别为对照组的28%和30%)，HcCA3基因在中央膜中表达从12 d开始显著下降(为对照组的84%)，18 d为对照组的76%。为进一步研究HcCA3功能提供基础。

目录

声明

引言

第一章文献综述

1.1 贝壳结构与形成

1.2 珍珠形成理论研究

1.3 贝壳基质蛋白

1.4 碳酸酐酶基因在贝类中研究进展

1.5 目的和意义

第二章三角帆蚌HcCA3基因克隆和分析

2.1 实验材料

2.2实验方法

2.3 结果与分析

2.4 讨论

第三章三角帆蚌HcCA3基因的荧光定量分析

3.1 实验材料

3.2 实验方法

3.3 结果与分析

3.4 讨论

第四章三角帆蚌HcCA3基因的表达和功能探究

4.1 实验材料

4.2 实验方法

4.3结果与分析

4.4讨论

结论

参考文献

附录

致谢