关键词:
短须裂腹鱼
运动训练
肌肉转录组
差异表达基因
生长变化
免疫变化
代谢变化
摘要:
短须裂腹鱼(Schizothorax wangchiachii)隶属于鲤形目、鲤科、裂腹鱼亚科,是分布于金沙江、雅砻江和乌江等水系的一种经济鱼类。由于水电开发和过度捕捞,短须裂腹鱼资源量急剧下降,现已成为人工增殖放流的主要对象。运动训练能够提高人工饲养短须裂腹鱼幼鱼的游泳能力,使其更好地适应野外环境,但其生物学过程与分子机制尚不清楚。
本研究以运动训练和正常饲养30 d的两组短须裂腹鱼幼鱼为样本,首次对短须裂腹鱼幼鱼的肌肉组织进行了转录组测序。经过滤组装和数据处理共获得113,814个unigenes。比对NR,Swiss-Prot,Pfam,COG,GO和KEGG数据库后,共计57,500个unigenes获得注释。NR注释显示短须裂腹鱼与犀角金线鲃(Sinocyclocheilus rhinocerous)亲缘关系最近,GO注释主要集中于细胞过程、结合和细胞部分等条目,KEGG注释最多的是信号转导、免疫系统和运输和分解代谢等通路。对短须裂腹鱼转录组的多种基因结构分析共检测到23,102个SSR位点,搜索到539,792个SNP位点,预测到67,028个CDS和2,122个潜在的转录因子,为短须裂腹鱼的基础遗传学研究提供了数据资料。
对运动训练后短须裂腹鱼肌肉转录组的差异表达筛选获得889个差异表达基因,其中439个基因上调表达,450个基因下调表达。GO富集显示差异表达基因主要集中在与细胞骨架、生长发育和形态发生的相关GO条目中。KEGG富集最显著的通路分别是紧密连接、吞噬体、致病性大肠杆菌感染和细胞凋亡。对受运动训练影响的差异表达基因进行分析发现,MYLPF和TNNI1的上调表达对短须裂腹鱼的肌肉生长有直接影响。HERC4、ABCA2和CAPN1等蛋白质代谢分解基因的表达上调为肌肉生长提供了必需的氨基酸供应。胰岛素相关信号通路保障了生长过程中的能量供应,血管生成与神经发育相关基因的表达为肌肉发育提供了支持。TLR4、MBL2、C3、MRC1、IL-8和END1等免疫基因的上调表达增强了短须裂腹鱼的免疫机能,TUBA、ARPC1A、DYNC1H1、CGNL1和LMNB1等细胞骨架相关基因的下调可能与细胞凋亡有关。同时,短须裂腹鱼幼鱼糖酵解相关基因(PFKM、PGAM1、PKM)的表达降低,脂质代谢(CPT1A、ACSBG2、LPL)和能量感应相关基因(PRKAG1)的表达发生了上调,说明运动训练改变了短须裂腹鱼的能量代谢模式,幼鱼可能正在优化能量分配以更好适应环境刺激。使用q PCR对差异表达基因进行了验证,结果中基因的表达趋势与转录组分析完全一致,说明了转录组分析的可靠性。
定量检测了6个与运动训练相关的差异表达基因在训练前后以及停训后在幼鱼肌肉组织中的m RNA表达水平。结果发现,运动训练前对照组和实验组的各个基因表达水平均无显著差异,运动训练30 d后,TUBA与ACTC1的相对表达量显著低于对照组,MYLPF、STIM2、SORBS1和GPCPD1表达水平显著上升,停止训练20 d后,TUBA、STIM2和GPCPD1实验组和对照组之间无显著差异,MYLPF和ACTC1的相对表达量显著高于对照组,SORBS1的相对表达量显著低于对照组。短须裂腹鱼在训练前后以及停训后与运动训练相关基因发生的明显表达变化表明,运动训练对短须裂腹鱼产生了深远的影响,其中涉及肌肉生长、信号调控和能量代谢。停训20 d后,大多数基因表达与对照组无显著差异,但是MYLPF的表达水平仍显著高于对照组,与生理学上的游泳能力变化趋势一致,可作为短须裂腹鱼游泳能力的潜在功能候选基因,为进一步研究短须裂腹鱼的游泳能力提供参考。