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基因家族客户文章发表|脉红螺嗅觉受体(OR)基因家族鉴定及其在幼虫附着变态中的表达分析

发布日期:2022-05-12 浏览次数:204

基因家族客户文章发表|脉红螺嗅觉受体(OR)基因家族鉴定及其在幼虫附着变态中的表达分析


文章标题:

       Identification and characterization of olfactory receptor genes and olfactory perception in rapa whelk Rapana venosa (Valenciennes, 1846) during larval settlement and metamorphosis

发表期刊:Gene

发表时间:2022年5月

影响因子:3.688

合作客户:中国科学院海洋研究所

集思慧远提供服务:基因家族分析+RNA-Seq

分析类型:无参



研究背景

       脉红螺Rapana venosa是我国经济上重要的海洋渔业资源,也是全世界主要的入侵者之一。在脉红螺生活史中,浮游幼虫需要经过附着变态形成稚螺,并由植食性变为肉食性,稚螺经过生长发育后形成成螺。然而,幼虫的低附着率和变态率(<1%)限制了它的丰度。据报道,作为诱饵的牡蛎幼虫可以有效地诱导R.venosa幼虫附着并进行变态,推测可能由于幼虫利用嗅觉感知贝类。嗅觉相关基因主要是嗅觉受体基因(OR),OR基因参与动物的气味感知。目前对腹足动物中的OR家族知之甚少,对OR家族成员的鉴定可推进R.venosa嗅觉功能的研究。


材料准备

       从中国山东省莱州湾收集成年R.venosa亲本进行亲本海螺的培养,进行交配、产卵、孵化和幼虫饲养。R.venosa的幼虫根据螺纹、软膜形状和器官分为六个主要发育阶段:单螺旋阶段(C1,壳长320-340μm),双螺旋阶段(D2,壳长340-550μm),早期三螺旋阶段(F3,壳长550-780μm),中晚期三螺旋阶段(G3,壳长780-1000μm),四螺旋阶段(J4,壳长1000-1500μm)和幼体期(Y5,附着和变态3天后,壳长1500-2500μm)。每个样品用磷酸盐缓冲液冲洗并在液氮中速冻以用于RNA-Seq。



研究结果

1. R. venosa OR 基因家族的鉴定和分析

       R.venosa的原始测序数据来自NCBI SRA数据库,通过BLASTP搜索已知的OR蛋白序列,构建本地蛋白质数据库,使用隐马尔可夫模型(HMM)分析来搜索所有编码蛋白质序列。所有非冗余和高置信度基因被定义为OR基因(RvORs),总共鉴定了463个OR基因。计算氨基酸数量、分子量、等电点、不稳定指数、脂肪系数和总平均亲水性(GRAVY)等理化性质指标。


2. R.venosa OR基因家族的系统发育分析

       使用MEGA 7.0软件构建邻接(NJ)系统发育树。在R.venosa OR基因家族中鉴定出九个进化枝(I-IX),在进化枝VI(93)和I(92)中发现最大数量的OR基因,其次是进化枝V(65)、VII(53)、II(42)、IV(38)和VIII(32)。相比之下,进化枝III和IX的OR基因数量最少(24)。系统发育树显示,R.venosa的OR基因可分为九个不同的进化枝,这表明OR基因家族具有丰富的序列多样性。


3. R.venosa OR的保守基序分析

       共发现15个保守基序并分析了在这些基序中检测到的OR蛋白。这些保守基序的长度从21到50个氨基酸不等。一般来说,拥有相似motifs的蛋白家族成员,意味着可能拥有相似的功能。系统发育树中相同的OR蛋白进化枝包含相似的基序。进化枝II的基序与进化枝I相似,表明它们在嗅觉功能上的相似性。进化枝III-IX与进化枝I-Ⅱ有很大不同,表明R. venosa嗅觉功能的多样性,可以解释R. venosa识别不同气味物质的能力。



4. OR基因在幼虫不同发育阶段的表达谱分析

       根据脉红螺的摄食习惯和生活方式,幼虫的发育分为三个阶段。第一阶段幼虫为草食性,从第二阶段开始,幼虫开始由草食性向肉食性转变,在第三阶段达到完全肉食性模式。

       表达热图中显示了OR基因在不同发育阶段的表达谱。在第1阶段,OR基因的表达没有显着变化。然而,当幼虫从第1阶段移动到第2阶段时,23.76%的OR基因被下调,而70.19%的基因被上调。OR基因家族成员的表达在第2阶段(四螺旋阶段)和第1阶段(单到三螺旋阶段)之间存在显著差异,表明在幼虫发育过程中嗅觉系统发生了显著变化。



5. 牡蛎气味对不同发育阶段的青海螺幼虫的吸引力

       从G3阶段到J4阶段的转变标志着R.venosa幼虫摄食习性的变化。据报道,牡蛎是R.venosa附着和变态的强诱导剂。因此,通过实验评估牡蛎气味对不同发育阶段幼虫的吸引力,记录R.venosa幼虫的附着率和变态率。发现R.venosa仅在J4阶段(有能力的幼虫,1000-1500μm壳长)和同时存在贝类气味的情况下表现出主动附着和变态行为。


总结

       嗅觉受体(OR)基因参与动物的气味感知。文章共鉴定了463个R.venosa OR基因,根据系统发育分析可将其分为九个进化枝。在评估不同发育阶段的幼虫对牡蛎气味的吸引力时,仅在J4阶段(壳长1000-1500μm)和同时存在贝类气味的情况下表现出活跃的附着和变态行为。表达模式显示OR基因家族成员的表达在第2阶段(四螺旋阶段)和第1阶段(一到三螺旋阶段)之间存在差异,表明在幼虫发育过程中嗅觉系统发生了显着变化。


研究意义

       本文将不同发育阶段的幼虫识别气味的能力与OR基因的表达谱相关联。作为嗅觉系统的关键组成部分,ORs在区分不同气味方面发挥着重要作用。OR家族成员的鉴定大大推进了R.venosa嗅觉功能的研究。该研究为R.venosa种群的人工繁育和恢复提供了理论依据,促进了R.venosa资源的可持续开发利用。