水产动物基因转录组学研究进展

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草鱼免疫基因研究进展

草鱼免疫基因研究进展

草鱼免疫基因研究进展草鱼是我国一种重要的经济鱼类,具有较强的免疫力,生长速度快,适应性强等特点,因此备受渔民和养殖户的青睐。

由于环境污染、气候变化等因素的影响,草鱼养殖中常常面临各种疾病的威胁,导致产量下降、经济损失增加。

研究草鱼的免疫基因,探索其免疫机制,对提高草鱼的抗病能力,保障草鱼养殖业的发展具有重要意义。

近年来,随着生物技术和分子生物学的发展,草鱼免疫基因研究取得了一系列进展。

下面就让我们来看一下草鱼免疫基因研究的最新进展。

一、免疫基因全基因组测序免疫基因全基因组测序是研究免疫基因的一种重要手段,通过全面测序草鱼的基因组,可以发现其免疫基因的分布、结构和功能。

近年来,研究人员利用先进的测序技术,对草鱼的全基因组进行了深入研究,揭示了许多与免疫相关的基因。

在这些研究中,研究人员发现了一系列与免疫相关的基因,包括免疫球蛋白基因、T细胞受体基因、细胞因子基因等。

这些基因的发现为进一步研究草鱼的免疫机制奠定了基础,为筛选和改良具有优良免疫性状的草鱼品种提供了重要的参考。

二、免疫基因功能研究研究人员发现了一种新型的免疫球蛋白基因,通过对该基因进行敲除实验,发现敲除该基因后草鱼的免疫反应受到明显的影响,容易受到病毒感染。

这一发现揭示了该免疫球蛋白基因在草鱼的免疫防御中起着重要作用,为今后在草鱼中筛选具有优良免疫性状的品种提供了重要的参考。

研究人员还发现了一些免疫调节因子基因在草鱼的免疫反应中起着重要的调节作用。

通过对这些基因进行转基因实验,成功地提高了草鱼的抗病能力,为今后养殖中的疾病预防和控制提供了新的思路和方法。

三、免疫基因与环境因素的关系研究除了对免疫基因本身的研究外,研究人员还对环境因素对免疫基因表达的影响进行了探讨。

通过在不同环境条件下对草鱼进行免疫基因的表达分析,研究人员发现了一些环境因素对草鱼免疫基因表达的影响,包括温度、盐度、酸碱度等因素。

这些研究结果为我们了解草鱼在不同环境条件下的免疫适应机制提供了重要的参考,为今后在草鱼养殖中改善环境条件,提高草鱼的免疫能力提供了重要的理论基础。

转基因技术在水产动物中的运用

转基因技术在水产动物中的运用

转基因技术在水产动物中的运用转基因技术是一种通过修改生物体的基因组来实现特定性状改良的生物技术。

近年来,随着科技的进步,转基因技术在农业、食品、医药等领域得到了广泛应用。

其中,转基因水产动物的研发与应用也取得了显著的进展。

本文将探讨转基因技术在水产动物中的运用目的和方法,以及其可能带来的优势与未来发展的前景。

转基因技术在水产动物中的运用旨在提高养殖产量、改善水产品品质、增强抗病性能及优化生长速度等方面。

通过转基因技术,科学家们可以精准地改变水产动物的遗传性状,进而提高其养殖效益和生产效率。

转基因技术在水产动物中的运用方法主要包括基因操作和基因表达两个方面。

基因操作涉及通过人工手段将外源基因导入水产动物体内,以实现对其基因组的改造。

而基因表达则是在转基因后,通过一定的环境或刺激条件,使得外源基因得以在受体细胞中表达出特定的蛋白质。

通过转基因技术,水产动物的养殖产量得到了显著提高。

例如,科学家们将生长激素基因导入三文鱼体内,成功培育出了生长速度较普通三文鱼快30%的转基因三文鱼。

转基因技术也在改善水产品品质方面发挥了重要作用。

例如,通过导入特定的基因,成功降低了水产品中的脂肪和胆固醇含量,使其更符合健康饮食的需求。

与传统养殖方法相比,转基因技术具有明显优势。

转基因技术可以大幅度提高水产动物的产量和生产效率,降低生产成本。

通过转基因技术改良的水产品品质更优,具有较强的市场竞争力。

转基因技术还可以增强水产动物的抗病性能,减少疾病的发生,降低养殖风险。

虽然转基因技术在水产动物中的运用具有显著优势,但我们也需要其可能带来的潜在风险。

例如,转基因水产动物的食品安全问题、对生态环境的潜在影响以及伦理道德方面的争议等。

因此,在推广应用转基因技术的同时,还需要进行全面的风险评估与安全管理,确保其在实现经济效益的同时,遵循科学、安全和可持续发展的原则。

转基因技术在水产动物中的运用具有巨大的发展潜力。

通过不断的研发与实践,我们有信心克服各种挑战,实现转基因技术在水产动物领域的广泛应用,为人类提供更为优质、安全和可持续的的水产品。

水产动物遗传育种研究进展

水产动物遗传育种研究进展

水产动物遗传育种研究进展摘要水产养殖是我国农村经济重要支柱产业之一。

由于长期大规模的人工养殖,已出现了严重的种质退化现象,制约了水产养殖业健康发展。

就目前水产动物优良品种培育所采取的新方法进行概述。

关键词水产动物;育种;转基因;性别控制;杂交育种;细胞工程随着我国水产养殖面积的增加、养殖种类的增多以及生态环境的改变,对水产动物的种质资源的保护、优良苗种的需求尤显重要。

如何获得生长快速、经济性状好、抗病能力强、抗逆性好的优良品种,将成为实现增产、增效的关键。

1转基因技术传统的育种方法是建立在利用种内遗传变异的基础上,而基因转移技术的应用打破了生物种间界限,使育种工作可以充分利用所有可利用的遗传变异,利用人工方法超越自然界亿万年生物进化历程,创造出自然界原来没有的新品种或品系。

转基因动物研究是基因工程技术在动物育种领域中的一次革命。

1985年朱作言等[1-2]将冠以小鼠重金属螯合蛋白基因启动和调控顺序的人GH基因,导入鲫鱼的受精卵,培育出世界上第一批转基因鱼。

到目前为止,国内外已获得几十种转基因鱼,在促进生长、提高鱼类抗逆性、抗病性等方面取得了显著成绩。

转基因水生生物的应用前景:一是快速育种。

传统的育种需经过多代反复选种交配才能育成优良品种。

而转基因技术则可超越自然界的生物进化历程,在短时间内创造出自然界中原来没有的新品种或品系,这是常规育种难以比拟的。

二是改良养殖性状。

转基因鱼的许多优良性状已被实验所证实:如生长速度得到很大提高,即所谓“超级鱼”;有的转基因鱼可提高饵料利用率;有的则表现出较好的抗病性和抗逆性。

三是生产生物医药制品。

通过转基因水生生物来生产生物活性物质以满足医药需要,如研制携带人类胰岛素的转基因鱼以提供胰岛素的研究。

2性别控制动物的性别控制是既古老而又神秘的课题,多少年来人们一直在不停地探索着。

分子遗传学和分子生物技术的飞速发展,使得人们在基因水平上研究动物的性别控制的基因有了可能。

基于转录组分析对中国对虾Myostatin基因调控的肌肉生长相关基因的筛选

基于转录组分析对中国对虾Myostatin基因调控的肌肉生长相关基因的筛选
思路。RNA干扰可以有效地沉默靶基因的表达,进 而影响通路中基因表达量的变化,RNA干扰后从转 录水平检测基因的表达变化,可以为阐释基因功能及 其调控网络提供基础。
中国对虾(Fenneropenaeus chinensis)作为无脊椎 动物甲壳类的典型代表,具有较高的经济价值,但其 海捕量极低,基本依靠养殖供给市场,而养殖产量远 远满足不了市场消费的需求,加之群体的生长性状选 育进展缓慢且规格整齐度较差,利用分子手段来提高 产量已迫在眉睫。我们前期对中国对虾的初步研究表 明,Mstn可能与脊椎动物类似,负向调控中国对虾
1.2.4 转录组测序分析 通过qRT-PCR分析对照
组和实验组相对表达量,确保实验组中FcMstn基因 表达被有效抑制后,取出液氮中保存的样品,使用
RNA提取试剂盒(TaKaRa)进行总RNA的提取,用 1.5%的琼脂糖电泳检查RNA完整性,NanoDrop2000 超微量分光光度计检测RNA浓度,所有指标经检测 合格后,根据qRT-PCR的检测结果选取抑制效果最 好的3个样品,交送至数据(raw reads),对原始数据进行接头及低质 量reads去除处理,获得高质量的clean数据,使用 短reads组装软件Trinity对高质量clean数据进行de novo 组装(Liang et al, 2013)得到 unigeneo
Mstn对肌肉生长发育的作用为促进动物生产、增加
市场利润提供了新途径,随着对Mstn研究的不断深 入,其肌肉调控机制和相关基因功能也越来越完善。 Mstn作为胞外信号分子,可与成肌细胞膜上的受体 结合引起受体自身的磷酸化,启动细胞内一系列信号 传导过程,作用于生肌分化抗原(MyoD)靶基因的调 控区,进而调控肌肉的形成和分化(Morikawa et al,

鱼类基因组学及基因组育种技术

鱼类基因组学及基因组育种技术

鱼类基因组学及基因组育种技术一、引言随着生物技术的飞速发展,鱼类基因组学及基因组育种技术已成为水产养殖领域的前沿研究领域。

了解这些技术对于改善鱼类生长性能、抗病性和环境适应性具有重要意义,有助于推动水产养殖业的可持续发展。

二、鱼类基因组学鱼类基因组学是研究鱼类的基因组结构、功能和进化规律的科学。

通过基因组测序和分析,科学家们可以揭示鱼类的遗传特征、物种多样性和进化历程。

这有助于我们更好地理解鱼类的生物学特性,为开发新型育种技术提供基础数据。

三、基因组育种技术基因组育种技术是一种利用基因组信息进行品种改良的新技术。

该技术通过分析个体的基因组信息,预测其表型特征,从而选择具有优良性状的个体进行繁殖,以实现品种的改良。

与传统的育种方法相比,基因组育种技术具有更高的选择准确性和育种周期短的优势。

四、基因组育种技术的应用生长性能:通过基因组育种技术,我们可以选择具有优良生长性能的个体进行繁殖,从而提高后代的生长速度和产量。

抗病性:通过分析鱼的基因组,我们可以预测其对抗特定疾病的抵抗力。

选择具有较强抗病性的个体进行繁殖,可以提高整个群体的抗病能力。

环境适应性:利用基因组育种技术,我们可以选择对不同环境条件具有较强适应性的个体进行繁殖,从而提高鱼类在不同水域环境中的生存能力。

品质改良:通过基因组育种技术,我们可以选择具有优良品质特征的个体进行繁殖,如肉质口感、营养价值等。

这有助于提高水产品的市场竞争力。

五、前景展望随着鱼类基因组学及基因组育种技术的不断发展,我们有望在未来实现更高水平的鱼类品种改良。

通过深入挖掘鱼类的遗传潜力,我们将能够培育出更具生长优势、抗病能力强和环境适应性好的新型鱼类品种。

这不仅有助于提高水产养殖业的生产效率和经济效益,还有利于保护生态环境和维护生物多样性。

六、结语鱼类基因组学及基因组育种技术是当前水产养殖领域的研究热点。

这些技术的不断发展将为我们提供更多有关鱼类生物学特性的深入了解,并推动水产养殖业的持续发展。

立足基因组学科技 助力海洋蓝色经济——记深圳市华大海洋研究院院长、华大海洋(集团)首席科学家石琼教授

立足基因组学科技 助力海洋蓝色经济——记深圳市华大海洋研究院院长、华大海洋(集团)首席科学家石琼教授

创新之路Way of Innovation立足基因组学科技 助力海洋蓝色经济——记深圳市华大海洋研究院院长、华大海洋(集团)首席科学家石琼教授 李 刚2018年5月,由深圳市华大海洋研究院(下称“海洋研究院”)和国家基因库联合发起的“千种鱼类转录组”项目正式宣布构建了迄今为止最可靠的鱼类系统演化树,解答了许多一直以来鱼类起源和进化研究中存在的争论和难题,成为鱼类演化研究史上的里程碑式事件。

长期以来,有别于陆地生物基因组学研究,海洋的生物基因组学研究不仅起步晚,且发展滞后。

继华大基因在人类基因组草图绘制工作中声名鹊起,并快速发展成为全球最大的基因组学研究中心后,石琼加入华大组建海洋平台,从此开启了华大在海洋生物基因组学的奠基、成长、发展、推广到产业应用的光辉旅程,为我国水产基因组学研究与应用迅速步入国际领先行列做出了引领性和示范性突出贡献。

为进一步加快海洋生物基因组学研究步伐,实现国家构建海洋强国的战略目标,石琼团队以重要水产动物基因组学研究为着力点,解析鱼类适应性进化的重大理论科学问题,同时挖掘与重要经济性状相关联的分子标记,构建水产动物分子育种的关键共性技术体系,筛选药源性多肽序列,为水产动物良种培育和规模化新型药物研发奠定扎实的理论与技术基础。

从基础研究的点(基因组学研究),到技术研究的线(水产分子育种技术体系和药源多肽性基因高通量筛选技术),拓展到产业应用的面(水产良种培育和新型海洋药物研发),多方深度结合又相互支撑,石琼与华大海洋(集团)在助推深圳建设成为“全球海洋中心城市”的同时,也在助力着我国海洋蓝色经济发展。

引领“水产基因组学”知识创新体系在浩瀚无垠的海洋面前,人类总是显得弱小,海洋不仅神秘而危险,也孕育着隐藏在水下的瑰宝。

在海洋中,鱼类是最具物种多样性,又是进化地位古老的脊椎动物类群,目前全球已经发现的鱼类至少超过33900种。

构建鱼类的“生命之树”,解析鱼类进化历史,不仅可以找到鱼类进化过程中的演变规律,揭示鱼类丰富的物种多样性背后的起因,还可以为鱼类种质资源保护和合理开发利用奠定坚实的基础。

鲑鱼的基因组学和遗传学研究

鲑鱼的基因组学和遗传学研究

鲑鱼的基因组学和遗传学研究鲑鱼是重要的经济鱼类,也是广受欢迎的食材之一。

在过去的几十年中,科学家们对鲑鱼进行了广泛的基因组学和遗传学研究,旨在揭示其独特的遗传特征和进一步改良鲑鱼的生长性能、抗病能力和适应能力。

本文将重点讨论鲑鱼基因组学和遗传学研究的重要进展以及对鲑鱼产业的影响。

鲑鱼基因组学的研究主要集中在两个方面:基因组测序和功能基因组学。

通过对鲑鱼基因组的整体测序,科学家们得以揭示鲑鱼基因组的组成和结构,包括基因数目、基因序列以及遗传变异的模式。

这项工作为全面了解鲑鱼的遗传信息奠定了基础,并为后续的功能基因组学研究提供了重要的数据支持。

功能基因组学则通过研究基因的功能和表达方式,进一步解析鲑鱼的遗传机制和生物学特征。

其中,转录组学和蛋白质组学是功能基因组学的两个重要方法。

转录组学研究的是基因的转录活动,通过对鲑鱼不同组织和生长阶段的基因表达进行分析,科学家们可以发现与特定生物学过程相关的基因,并进一步研究其调控网络和作用机制。

蛋白质组学则研究基因产物——蛋白质的表达和功能,有助于揭示鲑鱼基因与蛋白质之间的关系,以及它们在生理和生化过程中的作用。

基于这些基因组学的研究成果,鲑鱼遗传学工作得以深入开展。

鲑鱼遗传学的主要目标是解析鲑鱼的遗传特征,并利用遗传改良的方法提高鲑鱼的经济性状和环境适应性。

遗传改良方法包括选择育种、杂交育种、转基因等。

选择育种是通过对个体表型特征进行评估,选取具有优良性状的个体进行繁殖,逐步改良鲑鱼的生长速度、抗病能力等性状。

杂交育种则是利用不同品系或种间鲑鱼的杂交优势,获得更强大的遗传多样性,提高鲑鱼的适应性和抗病能力。

转基因技术则是将外源基因导入鲑鱼的基因组中,使其具备特定的性状,如抗病能力、生长性能等。

除了遗传改良,鲑鱼基因组学和遗传学的研究还为鲑鱼产业的可持续发展提供了许多新思路。

例如,通过基因组学的研究,科学家们发现了与鲑鱼生长发育、免疫抗病、环境适应等相关的基因,有助于培育耐高温、耐低氧等环境胁迫的鲑鱼品种。

水产动物对氨氮胁迫响应的转录组分析研究进展

水产动物对氨氮胁迫响应的转录组分析研究进展

水产动物对氨氮胁迫响应的转录组分析研究进展作者:章琼蒋高中李冰来源:《江苏农业科学》2015年第03期摘要:氨氮胁迫是影响水产养殖和生态环境的重要非生物胁迫之一;而转录组学是一个新兴的研究细胞表型和功能的重要手段,在研究基因结构、表达和功能上开拓了一个新型的研究方向。

简述了水产养殖中氨氮的危害以及氨氮胁迫而引起的生理和生化反应,同时介绍了常见的转录组学平台技术及其在一些胁迫反应代谢调控机制及分子机制研究中的应用,认为水产动物氨氮胁迫的转录组分析将为水产动物的毒理学效应提供重要的理论依据和线索,也将在水产动物分子育种中发挥重要作用。

关键词:水产动物;氨氮胁迫;代谢调控机制;转录组;转录组测序中图分类号: S917.4 文献标志码: A文章编号:1002-1302(2015)03-0227-04氨氮是水产养殖中常见的胁迫因子,以2种形式存在于水体中,即非离子氨(NH3)和离子铵(NH+4),离子铵的存在对水产动物是无毒的,对水产动物产生危害的是非离子氨,主要影响它们的游泳行为、生长性能、呼吸及代谢的变化、渗透调节、免疫力等。

随着转录组学、蛋白质组学和代谢组学等的出现,标志着生命科学的研究已经跨入后基因组时代。

转录组(transcriptome)概念最先是由Velcalescu和Kinzler等在1997年提出的,是指某一特定生物体在特定状态下所有基因转录产物的总和,主要包括mRNA和非编码RNA,其中 mRNA 较为引人关注,被研究得较多,因此狭义上的转录组一般指的是所有mRNA的总和。

目前,人们已经对机体受氨氮胁迫时的生理和生化反应做了大量深入的研究,然而对引起这些反应的代谢调控机制、分子机制的相关研究报道甚少。

本文主要通过综述氨氮胁迫的危害及生理生化反应,以及转录组平台技术的应用,以期为氨氮胁迫的代谢调控机制提供线索,并对其分子机制的研究提出展望。

1 水产养殖中氨氮的来源及其危害1.1 氮素的循环及水体中氨氮的来源自然界中的各种元素都是守恒的,都可以循环利用,在水体中也是如此,而影响水产养殖业发展最大的因素是氮元素的循环。

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水产动物基因转录组学研究进展摘要:我国作为最大的发展中国家和传统的农业大国,农业有着巨大的应用空间和广阔的发展前景。

而在农业中,水产方面又是一大类重要的发展方面。

近年来,水厂养殖相关技术不断更新发展,我国的水产行业发展水平日新月异,而在相关研究中,分子生物学与水产的结合吸引了更多人的目光。

本文将就分子生物学与水产养殖的结合进行综述,主要方面为外界环境条件改变、饲料营养成分改变对基因表达的影响以及转录组学技术在水产动物研究中的应用。

关键词:水产养殖;分子生物;基因表达;转录组学1 基因转录组学在水产动物研究中的应用近年来,转录组学技术及其在水产动物中的研究备受研究者的广泛关注。

转录组学技术主要有基于杂交技术和测序技术为基础的两大类技术; 两类技术在水产动物的转录组学研究中均得到了广泛运用。

以下就近年来水产动物在免疫应答、生长发育、生物进化和毒理学方面的转录组学研究进展进行整理。

转录组学、基因组学和蛋白质组学等各种组学技术在揭示水产动物抗病免疫、生长发育、系统进化和生物毒理过程及相应机理方面的研究中越来越重要。

通过组学研究,可以深刻理解水产动物各种生命活动规律的内在联系和分子机制,并根据相应结果进一步运用到抗病育种、药物筛选、种质资源保护和环境监测等多个研究领域。

转录组学是研究特定细胞、组织或器官在特定生长发育阶段或某种生理状况下所有转录本的科学。

这所有的转录本就称之为转录组,包括编码蛋白质的mRNA和非编码RNA( rRNA,tRNA和其他ncRNA)。

与基因组相对稳定不同的是,转录组是随着生长发育阶段、生理状态和外界环境的改变而变化的。

因此,转录组分析成为研究生物生长发育、应激生理、抗病免疫等作用机制的有力工具。

依据转录组学技术原理的不同,可以将其划分为两类技术,一种是基于杂交的转录组学技术,如利用cDNA微阵列(cDNA microarray) 和DNA宏阵列( DNA macroarray) 进行检测的转录组学技术; 一种是基于测序的转录组学技术,如cDNA 文库或表达序列标签( expressed sequence tags,EST) 文库测序技术,基因表达系列分析( serial analysis of gene expression,SAGE) 技术和大规模平行测序( massively parallel signature sequencing,MPSS) 技术,以及近年来发展起来的下一代高通量测序技术( next generation sequencing,NGS) ,即RNA测序( RNA sequencing,RNA-seq) 技术等。

其中RNA测序技术由于其不依赖于基因组序列信息,对于未知基因组序列信息的非模式生物来说尤其具有应用价值。

因此近年来RNA测序技术在水产动物的研究中得到了大量应用。

水产动物是人类的优质蛋白源,在人类食谱中占据重要位置,对水产动物的研究历来受到研究者们的重视。

来许多研究者在水产动物上开展了转录组学研究。

1.1转录组学技术在水产动物免疫学中的运用水产动物的免疫系统习惯上被分成先天性免疫(非特异性免疫) 和获得性免疫( 特异性免疫) 。

先天性免疫通常先于获得性免疫而激活并决定获得性免疫的性质和特点,二者相互配合,共同维持机体的内稳态。

因此在机体抵抗疾病的过程中先天性免疫发挥着更加重要的作用。

目前转录组学在水产动物免疫方面的研究主要集中在细菌、病毒和寄生虫感染前后一些免疫相关基因的差异表达和分子标记的发现等方面在细菌性疾病转录组学研究方面,如有研究员运用混合分群结合转录组测序技术研究了斑点叉尾鮰( Ictalurus punctatus) 和长鳍叉尾鮰( Ictalurus furcatus) 抗肠道败血症相关候选基因和疾病相关的表达差异显著的单核苷酸多态性( SNP) 。

结果发现在抗病鱼群和易感鱼群1255个差异表达的基因,在抗病鱼群中有130 个基因上调表达,94个基因下调表达; 而易感鱼群中有771个基因上调表达,469 个基因下调。

这些差异表达的基因主要是一些急性期反应基因,如CC 趋化因子,Toll 样受体,补体成分蛋白,MHC和TNF等。

另外在易感鱼群和抗病鱼群的4 304 个非冗余基因序列上发现了56 419个显著的SNP。

在病毒性疾病转录组学研究方面,如有研究员利用转录组学技术研究了草鱼( Ctenopharyngodon idella) 感染出血病病毒后机体在2、24、48、72、96 和120 h 时肠道、鳃、肝脏和脾脏的转录组图谱。

结果表明,与对照组相比,草鱼感染病毒后的4种组织和6个时间点上共有9060条uniques差异表达。

进一步GO功能分析,发现4 种组织中均发生了免疫反应,并且发现在草鱼感染病毒后每一个器官中的脂代谢和糖代谢均出现代谢失调。

KEGG 代谢通路分析发现补体系统和细胞免疫在病毒感染过程中发挥着重要作用。

肝脏和肠道组织易感出血病病毒可能就是由于病毒降低了这两种组织中补体途径的活性。

进一步分析还发现,在4种组织中MHC "和MHC%均存在差异表达,其中MHC"上调表达而MHC%则下调表达。

在寄生虫性疾病转录组学研究方面,水产动物集约化高密度养殖过程中的疾病暴发给水产养殖业带来了巨大的经济损失,其中寄生虫病也占据相当大的比例。

寄生于水产动物机体的寄生虫种类繁多,大多寄生于体表及体内各种器官上,导致水产动物生长缓慢,繁殖力降低,抵抗继发感染能力下降,严重时可造成水产动物大量死亡。

以前对水产动物寄生虫病的研究主要集中在危害、流行性、区系发生及药物防治等方面,对寄生虫致病机制及宿主机体抗寄生虫机制尚未深入研究。

随着转录组技术的出现,使得研究者可以从基因水平深入开展寄生虫致病机制及宿主抵抗寄生虫相关免疫应答的研究。

1.2 转录组学技术在水产动物发育生物学中的运用有关水产动物生殖细胞发生、受精等过程的研究是水产动物人工繁殖、遗传育种、动物胚胎与生殖工程等生产应用技术发展的理论基础。

有关细胞分化机理、基因表达调控与形态模式形成及生物功能的关系研究,是解决水产动物重大疾病的基础,也是水产动物基因工程发展的基础。

例如:有研究员采用Illumina 测序技术研究了斑点叉尾精巢的转录组,测序得到269.6 M 高质量的reads,组装得到193 462条N50为806bp的contigs,进一步比对得到25 307条unigenes,其中包括167条未在斑点叉尾上鉴定的unigenes。

在精巢和雌核(双单倍体雌性) 表达基因的比较分析中得到5 450个优先在精巢中表达的基因。

研究者将这部分基因视为雄性相关基因池,进一步的分析发现,这些雄性相关基因中的许多基因涉及性腺发生、精子发生、配子发育、性腺分化和性别分化。

1.3 转录组学技术在水产动物进化生物学中的运用转录组学技术的发展为这一领域的研究带来了巨大的机遇,运用该技术可以在没有参考基因组数据的背景下研究生物体在不同状态下基因的差异表达情况,进而可以深入地研究生物的遗传进化和环境适应性的分子基础。

例如:Schunter 等采用RNA-seq 法研究了德氏鳍鳚( Tripterygion delaisi) 交配策略中雄性二态性的分子基础。

在繁殖季节,一部分雄性德氏三鳍鳚可以改变体色并筑巢来吸引雌性(筑巢型),另一部分雄性则并不改变体色也不筑巢,依靠偷袭来繁殖(偷袭型) 。

研究者通过对筑巢型、偷袭型雄鱼和雌性大脑的转录组进行研究,共获得38056381条reads,从头组装获得328565条contigs,进一步分析发现两种雄性间的显著差异表达基因达到600条,其中筑巢型雄鱼比偷袭型雄鱼高表达的基因有360条,而偷袭型雄鱼比筑巢型雄鱼高表达的基因有240条。

另外也发现两种雄性间显著差异表达的基因数量远多于雄性与雌性间的差异表达基因数量,这表明在德氏三鳍鳚繁殖季节中,表型可塑性比雌雄相异性在表型间产生了更大的基因表达模式差异。

1.4 转录组学技术在水产动物毒理学中的运用人类活动对水环境造成了严重污染。

水中微量或痕量有毒污染物通常不会导致水产动物死亡,但却能改变其生理生化反应,特别对水产动物的生长、发育、繁殖以及健康产生不利影响。

水产动物毒理学是研究水产动物和环境中有毒因素之间相互作用的科学,传统方法是从剂量——反应关系中得出污染物对水产动物体的毒性,但只能从表观上研究污染物对生物体的毒害,难以揭示污染物对生物体的内在毒性作用机制,因而存在一定的缺陷。

转录组学技术的高速发展为这一领域的研究提供了前所未有的机遇。

它可以在分子水平上研究水产动物响应污染物毒性相关基因的差异表达,进一步从基因水平阐述污染物对水产动物的内在毒性机制,进而达到预测、预防和消除污染物对环境的破坏和对水产动物的毒害的目的。

Guo等采用RNA-seq技术研究了凡纳滨对虾( Litopenaeus vannamei) 暴露于亚硝酸盐中的转录组图谱。

RNA-seq 测序共获得52889892条高质量reads,组装后获得92 821条contigs,进一步组装成42 336条unigenes。

通过与多个数据库比对后获得注释的unigenes有23 532条。

进一步分析确定了许多与免疫反应,解毒作用,细胞凋亡途径有关的候选基因。

研究者选择了10条与免疫反应和细胞凋亡有关的候选基因采用实时定量PCR进行验证,结果发现暴露于亚硝酸盐后这10条差异表达的基因均上调表达,表明这10条基因与亚硝酸盐应激有关。

2 转录组学对水产动物养殖环境的增益2.1 温度改变对基因转录表达的影响温度是决定鱼类生长、发育、摄食和繁殖等生命活动的关键生态因子。

环境温度对蛋白质等生物大分子的正确折叠、组装、活性和稳定性, 以及膜的流动性和可透过性等涉及细胞正常生命活动的因素都有重要影响, 因此即使是小幅度的温度波动也会对细胞内的平衡状态和生理功能造成不利影响。

为了抵抗环境温度变化造成的不利影响和维持细胞的正常功能, 鱼类进化出了非常有效的温度适应机制。

从−2℃的极地大洋到45℃的温泉中都能找到鱼类的踪迹。

而在养殖过程中有一些优良的养殖品种温度耐受性很低,其温度突然大幅度改变会导致损失极大。

生物信息学分析结果表明, 低温诱导基因主要参与RNA 加工和核糖体生物发生等生物学过程, 高温诱导基因则主要参与应激反应和未折叠蛋白结合。

低温抑制基因主要参与蛋白质水解、视觉感知以及铁离子结合等生物学功能, 高温抑制基因参与的生物学功能包括DNA 复制、神经系统过程和类固醇激素生物合成等。

早期的生理学和生物化学研究结果表明, 鱼类能够通过“生化重构(Biochemical restructure)”, 即产生温度特异性的分子, 调整特定分子的浓度, 乃至改变细胞的结构来适应低温环境。

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