银星竹鼠感光与辨色能力的研究

论文摘要

银星竹鼠（Rhizomys pruinosus）隶属于啮齿目（Rodentia）,鼹形鼠科（Spalacidae）,竹鼠亚科（Rhizomyinae）,竹鼠属（Rhizomys）,是一种典型的地下鼠,终生营地下洞穴生活,为适应地下黑暗无光的环境,在进化过程中视觉系统产生了一系列的适应机制,是研究地下鼠感光及辨色的理想模式动物。地下黑暗无光的洞穴,地下鼠的感光及辨色均会发生相应的适应。目前,对银星竹鼠的形态学、行为学及生理生化指标等方面进行了研究,但对银星竹鼠感光及辨色能力的研究却很少。已有研究表明隐鼠属种类的眼虽小却能感光,赞比亚盲鼹与盲鼹鼠的眼均无视觉能力,强闪光也不能引起行为反应,但它们却有感受光周期能力,因此研究银星竹鼠视觉系统在不同光照条件下的感光变化有十分重要的意义。本研究对黑暗、自然光、红光、绿光和蓝光等不同色光及不同光照时长刺激下银星竹鼠视器进行转录组测序,对测序结果进行生物信息学分析,同时进行功能注释和差异表达基因筛选,并对差异表达基因进行GO注释和KEGG通路分析。从分子水平挖掘其与感光和辨色能力相关的基因,结合Real-Time PCR技术,从基因表达水平对银星竹鼠感光辨色相关的基因CYP2B1、CYP2C55、CYP3A9、CYP4A12和ADH做初步分析,旨在探索银星竹鼠视觉系统的感光及辨色能力,为地下鼠感光及辨色机制研究奠定基础。主要结果与结论如下:1.银星竹鼠视器转录组测序共获得189.18Gb Clean Data,各样本的clean reads数均不小于21,193,335。利用Trinity软件对得到的clean reads进行从头拼接,得到Transcript共106,606条。每条基因中最长转录本作为后续注释分析的Unigene。共得到Unigene48,l 19条,表明组装完整性较好。使用BLAST软件将Unigene序列与 NR、Swiss-Prot、GO、COG、KOG、eggNOG、Pfam、KEGG 数据库进行比对,获得16,526条Unigene注释结果,丰富了银星竹鼠基因数据库,为进一步发掘视觉相关基因提供了基础。将转录组所有Unigene的CDS在NR、Swiss-Prot、KEGG和COG数据库中进行blast 比对,获得CDS序列片段34481条。进行SNP分析发现,转录组存在大量SNP,发生转换和颠换型的SNP数分别是210962个和83030个,各占71.76%和28.24%。基于Unigene库基因结构分析,其中SSR分析获得16036个完整型SSR标记。在NR分类中,银星竹鼠与盲鼹鼠、智人、野猪等10个物种的已知基因具有相似性的Unigene数量占NR数据库注释的总Unigene数量85.29%,其中与盲鼹鼠相似性最高。2.不同光照处理后银星竹鼠视器差异基因表达分析,对得到的差异表达基因进行GO和KEGG注释,GO注释结果主要注释到生物过程、细胞组分和分子功能三大类。使用KEGG Pathway进行通路分析,显示差异基因主要注释到视黄醇代谢、昼夜夹带、钙信号通路等过程,主要参与代谢途径是视黄醇代谢通路。该通路在自然光75minVS红光75min、自然光75minVS绿光75min和自然光75minVS蓝光75min分组中均注释。通过KEGG分析,自然光75minVS红光75min富集到194条通路,自然光75minVS绿光75min富集到165条通路,自然光75minVS蓝光75min富集到111条通路,这三个分组进行对比注释到的通路较多,由此可以看出,随着光照时间的延长,不同色光的光照对于银星竹鼠的影响也逐渐加强,导致银星竹鼠启动或改变了体内的某些代谢途径。3.银星竹鼠视器1min和75min光照处理中,红光下CYP2B1的表达与其他处理组相比均存在上调趋势,且差异显著,说明红光有助于CYP2B1的表达,CYP2B1参与视黄酸的代谢,可将全反式视黄酸分解为4-氧代-全反式视黄酸、全反式-18-羟基-视黄酸及全反式-5,6环氧化视黄酸,从而导致视黄酸含量减少,进一步导致感光色素组成成分视黄醛含量的减少,说明银星竹鼠对红光暴露有反应,可以感受红光。4.银星竹鼠视器中,1min的处理下,绿光与黑暗、自然光、红光及蓝光相比,CYP2C55的表达存在显著上调,由此可知,短时间的光照下,绿光可促进CYP2C55的表达,有助于全反式视黄酸的分解。在75min的处理下,绿光与黑暗、自然光、红光及蓝光相比,CYP2C55的表达存在下降趋势,表明长时间的光照下,绿光有助于全反式视黄酸的储存。由以上结果可知,银星竹鼠对绿光暴露有反应,可以感受绿光。5.银星竹鼠视器在1min与75min光照处理下,CYP3A9的表达在黑暗与自然光处理组存在显著差异,说明银星竹鼠具有感光能力。CYP3A9催化维生素A代谢的各个阶段,可将全反式视黄酸分解为4-氧代-全反式视黄酸、全反式-18-羟基-视黄酸和全反式-5,6环氧化视黄酸,从而导致视黄酸减少。在1min与75min光照下,与其他处理组相比,CYP3A9的表达在自然光处理组显著上调,说明银星竹鼠对自然光暴露有反应,具有感受自然光的能力。6.银星竹鼠视器中,1min及75min光照处理下,与黑暗处理组相比,自然光、红光、绿光和蓝光处理组CYP4A12表达均呈现上调。CYP4A12可将全反式视黄酸代谢为全反式-18-羟基-视黄酸,导致全反式视黄酸减少,从而影响全反式视黄醛的含量,说明银星竹鼠对光照有反应,可以感光。且在75min光照处理下,与其他处理组相比,CYP4A12的表达在自然光下显著上调,说明银星竹鼠对自然光暴露有反应,可以感受自然光。7.银星竹鼠视器1min光照处理下,与其他处理组相比,ADH表达在蓝光下呈现下调。表明银星竹鼠对蓝光暴露有反应,可以感受蓝光。在75min光照处理下,与黑暗处理组相比,ADH的表达在自然光、红光、绿光和蓝光下均显著上调。ADH为视黄酸合成的主要酶,视黄酸对视觉维持具有重要作用,其最终到达细胞核内与视黄酸受体结合,从而启动或抑制基因转录而发挥生物学作用。由此可知,银星竹鼠对光照有反应,具有感光能力。从以上结果看出,银星竹鼠视器具有感光能力,且对于不同色光的光照均有反应,说明银星竹鼠可以感受不同色光。

论文目录

摘要

Abstract

第1章前言

1.1 地下鼠

1.1.1 地下鼠概述

1.1.2 地下鼠视觉研究现状

1.2 银星竹鼠

1.3 视黄酸代谢概述

1.3.1 视黄醇、视黄醛和视黄酸

1.3.2 本研究中视黄酸代谢相关基因

1.4 转录组测序技术

1.5 研究目的与意义

第2章银星竹鼠眼球转录组测序及数据分析

2.1 研究材料

2.1.1 研究动物

2.1.2 研究设备及耗材

2.1.3 研究试剂

2.2 研究方法

2.2.1 组织中总RNA提取

2.2.2 总RNA质量检测

2.2.3 cDNA文库构建

2.2.4 Illumina测序、短序列拼接

2.2.5 转录组数据组装及文库质量评估

2.2.6 Unigene功能注释及分类

2.2.7 Unigene（KEGG）代谢通路分析

2.2.8 预测编码蛋白框

2.2.9 SNP分析

2.2.10 SSR分析

2.3 结果与分析

2.3.1 总RNA提取结果

2.3.2 转录组测序与序列组装分析

2.3.3 Unigene功能注释

2.3.4 Unigene代谢通路分析

2.3.5 转录组all-Unigene的CDS预测

2.3.6 SNP分析

2.3.7 SSR位点分析

2.4 讨论

第3章不同光照下差异基因表达分析

3.1 研究材料

3.2 研究方法

3.2.1 基因表达量注释

3.2.2 样品间相关性评估

3.2.3 差异表达基因筛选

3.2.4 差异表达基因功能注释和富集分析

3.3 结果与分析

3.3.1 样品间相关性

3.3.2 差异表达基因结果分析

3.3.3 差异表达基因功能注释和富集分析

3.4 讨论

第4章银星竹鼠感光及辨色相关基因的表达

4.1 研究材料

4.1.1 研究动物

4.1.2 研究设备及耗材

4.1.3 研究试剂

4.2 研究方法

4.2.1 组织中总RNA的提取

4.2.2 RNA质量的鉴定

4.2.3 第一链cDNA合成

4.2.4 引物设计

4.2.5 模板及引物专一性检测

4.2.6 实时定量

4.2.7 数据分析

4.3 结果与分析

4.3.1 模板及引物专一性检测

4.3.2 实时定量

4.3.3 CYP2B1的表达

4.3.4 CYP2C55的表达

4.3.5 CYP3A9的表达

4.3.6 CYP4A12的表达

4.3.7 ADH的表达

4.4 讨论

4.4.1 CYP2B1的mRNA表达分析

4.4.2 CYP2C55的mRNA表达分析

4.4.3 CYP3A9的mRNA表达分析

4.4.4 CYP4A12的mRNA表达分析

4.4.5 ADH的mRNA表达分析

第5章总结及展望

参考文献

致谢

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 姚婷

导师: 李金钢

关键词: 银星竹鼠,转录组测序,视色素,细胞色素家族

来源: 陕西师范大学

年度: 2019

分类: 基础科学

专业: 生物学

单位: 陕西师范大学

分类号: Q436

DOI: 10.27292/d.cnki.gsxfu.2019.001193

总页数: 97

文件大小: 8875K

下载量: 7

银星竹鼠感光与辨色能力的研究

论文摘要

论文目录

文章来源

相关论文文献

猜你喜欢