基于轉(zhuǎn)錄組學技術探究中華絨螯蟹胚胎發(fā)育期間的基因和通路表達特征.pdf

1、甲殼動物作為無脊椎動物最大的類群之一，具有豐富的生物多樣性以及復雜的生活史。而胚胎階段作為甲殼動物重要的發(fā)育時期，其經(jīng)歷了一系列的基因發(fā)育調(diào)控和表達模式的變化，然而，到目前為止，相關甲殼動物胚胎發(fā)育階段的分子生物學機理研究并不充分，尤其是在中華絨螯蟹等十足目動物中。本文以長江水系中華絨螯蟹胚胎在受精卵(El),卵裂期(E2),囊胚期(E3),原腸期(E4),卵內(nèi)無節(jié)幼體期(E5),眼點期(E6),心跳期(E7)和初孵幼體期(Z1)為研究

2、對象，進行轉(zhuǎn)錄組測序，從中獲得了一批生長發(fā)育相關的重要功能基因，初步解析了這一發(fā)育過程中重要生理現(xiàn)象的分子基礎。論文的主要研究結果如下：
　　1.基于Illumina Hiseq2000測序平臺，獲得了總共108,338,422條原始雙端測序讀段，經(jīng)過數(shù)據(jù)預處理和Trinity軟件拼接組裝，共獲得60,985個非冗余基因，平均長度是614bp,其中有30,488條在 Nr, Swiss-Prot, GO, COG, KEGG等數(shù)據(jù)

3、庫中得到了注釋。通過對8個胚胎發(fā)育時期的轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析，我們獲得了在整個河蟹胚胎發(fā)育階段基因表達譜，同時，我們利用層級聚類、主成分分析和相關性分析等方法將8個胚胎樣品分為4個時期，與河蟹胚胎發(fā)育過程中的前期(El-E2),中期(E3-E5),后(E6-E7)以及初孵幼體(Z1)時期相對應。對河蟹相鄰發(fā)育時期的轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)集進行差異基因分析和富集分析，我們發(fā)現(xiàn)，發(fā)育前期與中期共獲得1,123個差異基因，它們大量富集在細胞分化和發(fā)育相

4、關過程，有機物的代謝與運輸以及內(nèi)源性刺激反應等方面；從發(fā)育中期到后期共獲得3,422個差異表達基因，它們在外源性生物降解和代謝，脂類代謝，氨基酸代謝，調(diào)控過程，肌肉的發(fā)生與發(fā)育，肌蛋白和肌原纖維組裝等過程中顯著富集；從胚胎發(fā)育后期到初孵幼體共獲得1,729差異基因，它們主要富集到翻譯、代謝過程、肌原纖維組裝和肌肉發(fā)育、有機物的分解過程、轉(zhuǎn)運和蛋白質(zhì)穩(wěn)定等過程。此外，我們鑒別出3,303個在整個胚胎發(fā)育階段持續(xù)表達的基因，它們在整個發(fā)育階

5、段的表達量變化較為劇烈，表現(xiàn)出一定的時空表達特性。
　　2.將獲得的河蟹胚胎發(fā)育轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)集與河蟹草圖基因組，河蟹EST數(shù)據(jù)以及三種節(jié)肢動物黑腹果蠅、家蠶和淡水枝角蚤基因組等數(shù)據(jù)進行比較，初步分析了河蟹轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)的序列信息和特征，為研究河蟹胚胎階段相關功能基因的序列結構，選擇性剪切事件等打下基礎。
　　3.根據(jù)組學數(shù)據(jù)，我們鑒別了發(fā)育相關基因（包含794條轉(zhuǎn)錄本），代謝相關基因（包含1382條轉(zhuǎn)錄本）以及免疫相關的基因（包含

6、662條轉(zhuǎn)錄本）等3大類群的基因數(shù)據(jù)集。其中鑒別出10個母體效應基因：aristaless,bicaudal,Goosecoid,Homeobox protein OTX2-A，nanos,polehole,pumilio,staufen,tudor和vasa；間隔基因(gap genes)共有6個，分別為 bicaudal,crocodile,empty spiracles,giant,knirps-like以及krüppel基因；對

7、控基因(pair-rule genes)共有8個，分別為bowel,even skipped, hairy,odd,odd skipped,runt,sloppy paired2以及sob基因；體節(jié)極性基因(segment-polarity genes)共有14個，分別為armadillo,cap'n'collar,cubitus interruptus,frizzled,fused, gooseberry, invected,line

8、s,pangolin,patched,roadkill,smoothened,wnt以及wntless基因；背腹分化基因(dorsoventral patterning genes)共有5個，分別為capicua,pipe,slalom,snail和twist基因；Hox基因Dfd,Dll,labial,Msx,pb,Scr和Ubx等。我們利用胚胎發(fā)育轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)集鑒別出了刺猬，JAK-STAT通路，MAPK，TGF-β，Toll樣受體，