解析国产兜兰属种质间的系统进化关系,明确各组群间的遗传距离与遗传相似系数,为科学制定保护策略以实现兜兰属资源可持续保育提供理论依据。
以迁地保存的31份国产兜兰属种质和2份国外兜兰属种质为核心试验材料,以1份美洲兜兰属种质为外群,选用筛选出的iPBS和ISSR引物分别扩增34份种质基因组DNA,通过人工判读扩增电泳图谱生成二元原始数据矩阵后,采用NTSYS-pc 2.1进行多维标度分析,并利用PopGen 1.32计算遗传多样性指数。
综合iPBS和ISSR分子标记的亲缘关系分析结果显示,在遗传相似系数0.37处可将33份兜兰属种质划分为5个组群(I~V),其中,第I组群、第II组群、第III组群、第IV组群分别对应经典分类学中的小萼亚属、宽瓣亚属、兜兰亚属兜兰组及兜兰亚属单花斑叶组,第V组群则是兜兰亚属多花长瓣组与多花短瓣组的集合。兜兰属种质的物种水平遗传多样性[iPBS分子标记:有效等位基因数(Ne)为1.5969,期望杂合度(He)为0.3492,Shannon多样性信息指数(I)为0.5210;ISSR分子标记:Ne为1.5515,He为0.3340,I为0.5068]明显高于组群水平遗传多样性(iPBS分子标记:Ne为1.4274,He为0.2730,I为0.4292;ISSR分子标记:Ne为1.3733,He为0.2492,I为0.4027),说明兜兰属植物在物种水平上表现出明显的遗传分化特征,已形成多个不同的遗传组群;小萼亚属、兜兰亚属兜兰组、兜兰亚属单花斑叶组的组群遗传多样性水平位居前3。兜兰属不同组群间存在一定的遗传分化,但整体上保持较高的遗传相似性。基于iPBS分子标记的分析结果显示,兜兰亚属兜兰组与兜兰亚属单花斑叶组的亲缘关系最近,宽瓣亚属与兜兰亚属单花斑叶组的亲缘关系最远;基于ISSR分子标记的分析结果显示,兜兰亚属多花长瓣组和多花短瓣组集合与兜兰亚属单花斑叶组的亲缘关系较近,小萼亚属与宽瓣亚属的亲缘关系最远。
我国分布的兜兰属种质主要集中在小萼亚属、宽瓣亚属、兜兰亚属兜兰组、兜兰亚属单花斑叶组及兜兰亚属多花长瓣组5个组群,其中小萼亚属、兜兰亚属兜兰组、兜兰亚属单花斑叶组3个组群的遗传多样性水平较高;兜兰属组群间存在明显的遗传分化,暗示着各组群可能经历了较长时间的遗传隔离或存在明显的地域适应性。
构建瓦氏黄颡鱼缺氧应激试验模型,明确鳃组织中相关基因对缺氧应激的响应机制,为深入探究其鳃组织缺氧适应性调控提供数据支撑,也为瓦氏黄颡鱼高适应性种群筛选提供理论依据。
以1龄瓦氏黄颡鱼为研究对象,设3个处理组[对照组(C:溶解氧含量为6.50±0.10 mg/L)、缺氧组(H:溶解氧含量为0.75±0.10 mg/L,6 h)及恢复组(R:溶解氧含量为6.50±0.10 mg/L,6 h)],采集鳃组织样本提取RNA,通过转录组测序筛选出差异表达基因(DEGs)并进行GO功能注释分析及KEGG信号通路富集分析,采用实时荧光定量PCR进行验证。
从C组、H组、R组共9个样本测序获得57.72 Gb的原始数据(Raw data),通过与参考基因组比对共注释到22116个基因,同时发现1824个新基因。从C组 vs H组中共鉴定出554个DEGs,其中270个DEGs呈上调表达、284个DEGs呈下调表达;从C组 vs R组中共鉴定出42个DEGs,其中12个DEGs呈上调表达、30个DEGs呈下调表达;从H组vs R组中共鉴定出993个DEGs,其中470个DEGs呈上调表达、523个DEGs呈下调表达。DEGs主要注释到细胞过程、单生物体过程、代谢过程、结合、催化活性、核酸结合转录因子活性、信号转导活性、细胞部分、细胞膜及细胞等GO功能条目;KEGG信号通路富集分析发现,DEGs主要富集在乳腺癌、癌症途径、基底细胞癌、细胞因子—细胞因子受体相互作用、化学致癌—DNA加合物、细胞色素P450对外源物质的代谢等信号通路上。实时荧光定量PCR检测结果显示,各组间部分DEGs的表达趋势与转录组测序结果基本一致。
缺氧应激一定程度上抑制了瓦氏黄颡鱼的细胞增殖及其信号通路,导致三羧酸循环受抑制,但无氧呼吸被激活,鳃组织通过上调糖代谢基因表达以促使更多葡萄糖分解供能;糖酵解途径活化引起丙酮酸累积,此时丙酮酸激酶转录水平被抑制,糖异生途径被局部激活;热休克蛋白基因的表达变化可能是通过抑制自噬途径以减少能量消耗,进而对抗低氧胁迫。
探究盐胁迫下青海湖裸鲤肝脏代谢的响应特征,为提高青海湖裸鲤人工增殖放流后的环境适应能力和提升资源贡献率提供理论依据。
采用非靶向液相色谱—串联质谱(LC-MS/MS)技术,以5‰的盐度胁迫为对照,分析青海湖裸鲤幼鱼在不同盐度(10‰、15‰和20‰)胁迫下肝脏代谢谱的变化,并结合多变量统计方法筛选差异代谢物及关键代谢通路。
存活率统计结果显示,青海湖裸鲤幼鱼在5‰、10‰和15‰盐度胁迫下48 h的存活率≥96%,表现出良好的耐受性,而在20‰盐度胁迫下48 h全部死亡,提示该盐度已超出其耐受极限。主成分分析(PCA)结果显示,各盐度胁迫组与对照组的代谢谱呈现明显分离,且样本在第一主成分和第二主成分上的分离程度随盐度升高而加剧。在耐受性盐度(10‰~15‰)范围内,青海湖裸鲤肝脏中不饱和脂肪酸生物合成、乙醛酸和二羧酸代谢、甘油磷脂代谢、癌症中的胆碱代谢、丙酮酸代谢、维生素B6代谢、丙酸代谢及精氨酸/脯氨酸代谢等代谢通路显著富集(P<0.05,下同)。在20‰盐度胁迫下,蛋白质消化与吸收、氨酰-tRNA生物合成、癌症中的中心碳代谢、生物素代谢、碳代谢、丙酮酸代谢、烟酸及烟酰胺代谢等代谢通路显著富集。
青海湖裸鲤应对盐胁迫存在明确的代谢阈值依赖性。在耐受盐度范围内,机体以主动调节为主,通过重塑脂质、能量及氨基酸代谢维持稳态;当超出阈值时,机体被迫启动以谷胱甘肽为核心的抗氧化防御,同时伴随嘌呤代谢紊乱。青海湖裸鲤在极端胁迫下存在“稳态维持—应激防御”的代谢权衡困境。
系统揭示半滑舌鳎基因组微卫星重复序列的分布模式并进行功能注释分析,为该物种具有潜在功能意义的微卫星分子标记开发及遗传育种研究提供序列资源。
基于半滑舌鳎全基因组序列,采用生物信息学方法筛选基因组中的微卫星重复序列,并对位于外显子区域的微卫星相关基因进行GO功能注释和KEGG信号通路富集分析。
半滑舌鳎基因组共鉴定到6种碱基重复类型微卫星位点473776个,占基因组总长度的1.62%;微卫星数量随重复单元碱基数增加而递减,单碱基和二碱基微卫星占微卫星总数的84.85%,染色体长度与其所含微卫星数量呈显著正相关(P<0.05,下同)。半滑舌鳎基因组微卫星的不同重复基元类型中,单碱基重复类型以A/T基元数量最多,二碱基重复类型以AC/GT基元数量最多,各类型微卫星数量均随基元重复次数的增加而降低。半滑舌鳎基因组外显子区域微卫星相关基因显著富集的GO功能条目有RNA聚合酶II转录调控和蛋白质磷酸化等。KEGG信号通路富集分析结果显示,半滑舌鳎基因组外显子区域微卫星相关基因在代谢类别中的淀粉和蔗糖代谢与细胞过程类别中的坏死性凋亡信号通路富集最显著,其次为细胞过程类别中的紧密连接信号通路。
半滑舌鳎基因组微卫星以单碱基和二碱基重复类型为主,其数量与染色体长度呈显著正相关,且数量随基元重复次数的增加而降低。外显子区域微卫星富集于转录调控、能量代谢及免疫应答等信号通路,可能参与了半滑舌鳎对低氧等环境胁迫的适应性调节。
明确我国特有珍稀濒危鱼类长江鲟主要免疫器官的组织学特征及细胞组成,为其疾病防控及健康管理奠定理论基础。
以人工繁育的F2代长江鲟为研究对象,通过大体解剖确定其主要免疫器官(脾脏、头肾和胸腺)的解剖定位,采用组织切片技术[苏木精—伊红(HE)染色、Masson染色及改良Gomori氨银染色]结合透射电子显微镜系统观察其脾脏、头肾和胸腺的组织学特征及细胞超微结构。
长江鲟脾脏表面被覆厚薄不均的平滑肌层,但未见沿被膜分支延伸入脾脏实质的小梁结构,其被膜外层的间皮细胞呈扁平状和近圆形2种形态;脾脏实质内白髓与红髓交织分布,血管系统十分发达,且分布有大量淋巴细胞、有核红细胞及黑色素巨噬细胞;透射电子显微镜观察发现,在长江鲟脾脏组织分布有丰富的淋巴细胞、巨噬细胞及粒细胞等免疫效应细胞,其中巨噬细胞内可见吞噬小体,即脾脏承担着滤血与非特异性免疫功能。长江鲟头肾位于肾脏的前端,呈左右两叶对称分布,其肾单位消失并丧失排泄功能;Masson染色与改良Gomori氨银染色显示,头肾组织中由网状细胞、内皮细胞及错综交织的网状纤维、胶原纤维构成立体支撑框架,为各类免疫细胞的发育与分化营造了必需的微环境;头肾组织中分布有淋巴细胞、巨噬细胞及细胞质内密集分布有长条状或杆状特殊颗粒的嗜酸性粒细胞,是长江鲟主要的淋巴器官,兼具造血和免疫功能。长江鲟幼鱼胸腺位于鳃腔背侧后方的结缔组织内,其解剖位置紧邻鳃组织,难以进行常规的无损剥离;30日龄长江鲟胸腺实质的内部结构相对均一,未观察到明显的皮质与髓质区域划分,内、外区分界也不明显;胸腺游离边缘被覆一层由扁平上皮细胞与部分柱状上皮细胞构成的连续上皮细胞层,主要发挥物理隔离作用;胸腺实质内密集分布有大量深染的胸腺细胞,同时在胸腺细胞间隙中散布有形态不规则的网状内皮细胞,二者相互交织形成支撑T淋巴细胞增殖与成熟的基质网络。
长江鲟的脾脏、头肾和胸腺在组织结构上各具特点且分工明确,共同构筑了完善的免疫防御网络,为长江鲟抵御病原侵袭及维持机体稳态奠定了细胞生物学基础。
观察分析川陕哲罗鲑鳃组织的显微与超微结构,丰富其基础生物学资料,为揭示鱼类鳃组织结构特征与其生活习性的关联提供参考依据。
以人工繁育的川陕哲罗鲑F1代为研究对象,采集鳃组织样品分别用4%多聚甲醛和3%戊二醛保存固定,经石蜡包埋切片后依次进行苏木素—伊红(HE)染色、阿利辛蓝—过碘酸雪夫(AB-PAS)染色、Masson染色及天狼星红染色,光学显微镜下观察鳃组织学形态、黏液细胞类型、胶原纤维分布与分型;同时利用扫描电子显微镜和透射电子显微镜观察鳃组织的超微结构。
川陕哲罗鲑有4对鳃,鳃耙呈乳白色针形,排列稀疏(12~14根);鳃丝呈鲜红色,长条状,由基部向前端延伸的过程中逐渐变细小,其末端呈游离状态。鳃弓主要由软骨组织构成,被覆复层上皮细胞;鳃丝表面分布有黏液细胞和泌氯细胞,中央有软骨细胞支撑;鳃小片由呼吸上皮及柱状上皮组成,相邻2个柱细胞的胞体延长即围成毛细血管腔,腔内可见红细胞。AB-PAS染色结果显示,鳃组织中的黏液细胞以分泌中性黏多糖为主(呈PAS阳性),伴有少量酸性黏多糖(呈AB阳性)。Masson染色发现,鳃组织胶原纤维分布均匀,胶原纤维组织面积占比为0.21%~0.31%(平均为0.27%),未见纤维化等典型病变。天狼星红染色结果显示,I型胶原纤维的占比为80.00%~90.49%,Ⅲ型胶原纤维的占比为9.51%~19.20%,I型胶原纤维/Ⅲ型胶原纤维的比例为4.21~9.51。扫描电子显微镜观察发现,鳃耙表面凹凸不平且有孔洞,鳃弓及鳃丝上皮细胞具有密集的环形微嵴,呈指纹状;鳃丝表面与鳃小片均有黏液,但鳃丝表面的孔洞数量多于鳃小片。透射电子显微镜观察发现,鳃小片主要由扁平上皮细胞、柱细胞、泌氯细胞、巨噬细胞、红细胞、内皮细胞及血管腔中的中性粒细胞等组成,其中,泌氯细胞的细胞核呈长椭圆形,核直径长边约8.3 µm、短边约5.6 µm,细胞质富含线粒体和粗面内质网。
川陕哲罗鲑的鳃组织结构与其肉食性及高海拔、低水温、急流淡水生境高度适应;且川陕哲罗鲑鳃组织含有巨噬细胞及中性粒细胞等免疫细胞,构成其特有的黏膜免疫屏障,在先天免疫系统中发挥重要作用。
探究大刺鳅的消化道结构特征及食性特点,为开展野生大刺鳅人工扩繁驯养、种群资源保护与修复及合理利用提供理论依据。
采用苏木精—伊红(HE)染色对大刺鳅消化道显微结构进行观察,并联合DNA宏条形码技术对其胃含物与食性特征进行分析。
大刺鳅消化道具有完整的黏膜层、黏膜下层、肌层及浆膜层4层结构;食道黏膜层内壁纵向褶皱发达且有分支,表面覆盖复层扁平上皮,上皮间有杯状细胞;胃是消化道中最膨大的器官,且黏膜层向内腔突起形成黏膜褶皱,由固有膜和单层柱状上皮构成,未见杯状细胞;肠道绒毛发达,前肠皱褶高度显著高于中肠和后肠(P<0.05)。胃含物18S rDNA宏条形码测序共检出24个门409个物种;在门分类水平上以节肢动物门、环节动物门和绿藻门等为主;在种分类水平上以Phyllomacromia nyanzana、Amynthas sp. GZ201102-03和细螯沼虾等为主。摄食选择性分析结果显示,大刺鳅对环节动物门和节肢动物门表现出极强的偏好性,而对水环境中相对丰度较高的绿藻门、硅藻门及腹毛动物门等则表现出明显的避食倾向。大刺鳅各体长组主要摄食种类未发生根本性转变,在门分类水平上以环节动物门和节肢动物门为主。
大刺鳅消化道结构呈食道润滑—胃部膨大—前肠主导吸收的典型肉食性鱼类形态适应特征。大刺鳅属于广谱肉食性鱼类,其摄食选择遵循最佳觅食理论,在门和种分类水平上对节肢动物和环节动物具有较强的主动选择性,对低营养能级的浮游藻类表现出避食倾向。随个体发育,口裂限制与能量代谢需求驱动其食性偏好向节肢动物类群偏移。
系统解析黄石爬鮡背部、腹部和尾部皮肤的组织结构、细胞超微特征及黏液细胞和棒状细胞的分布规律,为深入理解其生境适应机制及种质资源保护提供组织学依据。
选取3尾健康雌性成鱼,采集背部、腹部和尾部皮肤组织,经苏木精—伊红和阿利辛蓝—过碘酸雪夫染色后使用光学显微镜和透射电子显微镜进行观察;采用ImageJ对黄石爬鮡背部、腹部及尾部皮肤的表皮层与真皮层厚度、黏液细胞和棒状细胞数量进行定量分析。
黄石爬鮡皮肤无鳞片,由表皮层、真皮层和皮下层构成,背部与尾部皮肤真皮层含色素细胞,腹部皮肤皮下层富含脂肪组织。透射电子显微镜观察结果显示,表皮层中可见上皮细胞,且上皮细胞游离端有较多指纹状微嵴;上皮细胞间可见丰富的桥粒连接;真皮中层可见成纤维细胞,其旁可见胶原纤维呈束状紧密排列。表皮层厚度表现为腹部>背部>尾部,背部和腹部真皮层厚度显著大于尾部(P<0.05,下同),背部与腹部真皮层厚度差异较小,尾部真皮层厚度最小。黏液细胞主要分布于表皮浅层,以III型黏液细胞为主,并可见少量II型和IV型黏液细胞。背部皮肤黏液细胞数量显著多于腹部和尾部皮肤,黄石爬鮡各部位皮肤间棒状细胞数量无显著差异(P>0.05)。
黄石爬鮡的无鳞皮肤通过表皮增厚、黏液细胞以Ⅲ型为主及棒状细胞均匀分布等特征,协同构建了适应急流砾石生境的物理屏障与化学防御体系。黄石爬鮡不同部位皮肤的结构与细胞分布差异,是对水流冲击和底质摩擦等差异化外界胁迫的功能性响应。
观察川陕哲罗鲑正常卵子和精子的形态学结构,并比较不同活力精子的超微结构差异,揭示川陕哲罗鲑配子超微结构损伤与其活力下降的内在关联,为优化其人工繁育技术提供理论依据。
以人工养殖性成熟的雌、雄性川陕哲罗鲑为研究对象,通过组织学结合扫描电子显微镜及透射电子显微镜对川陕哲罗鲑正常卵子和精子的形态结构进行观察,同时结合精子活力检测系统比对不同活力精子的超微结构差异。
川陕哲罗鲑正常卵子的核膜溶解,核仁完全消失,在靠近卵膜位置分布有液泡;卵膜表面平整,壁孔大小均匀,受精孔前庭区平坦,精孔管较深,属于II型。川陕哲罗鲑正常精子的结构属于鞭毛型,由头部、中段和尾部3个部分组成;头部呈椭圆形或近圆形,无顶体结构,细胞核内可见空隙(核泡),其染色质呈颗粒状或均质状;中段(颈部)较短,其主要结构包括中心粒复合体及袖套;尾部(鞭毛)细长光滑,鞭毛轴丝具有典型的“9+2”微管结构。扫描电子显微镜观察发现,无活力川陕哲罗鲑精子的头部轮廓不规则、皱缩塌陷,中段连接结构不明显,鞭毛普遍出现断裂和缺失,无法维持正常形态;高活力精子的形态结构完整,头部呈饱满的卵圆形,中段连接紧密,鞭毛细长且无明显损伤,各部分结构清晰。透射电子显微镜观察结果显示,无活力川陕哲罗鲑精子的线粒体结构被破坏,膜膨胀变大破损,线粒体内部电子密度下降,头部表面褶皱不平滑,核膜破裂或消失,染色质松散甚至解体;高活力精子的细胞质致密、均匀饱满,细胞质膜完整,结构正常。
川陕哲罗鲑正常卵子的卵膜表面平整,其受精孔属于II型,核仁完全消失,在靠近卵膜位置分布有液泡;正常精子由头部、中段及鞭毛3个部分构成,具备硬骨鱼类典型的无顶体结构特征,鞭毛轴丝为“9+2”微管排列模式。质膜、核膜、线粒体、鞭毛结构完整性及成熟度直接关联川陕哲罗鲑的精子活力,是评价川陕哲罗鲑精液质量及优化其人工繁育技术的关键形态学指标。
对调控水稻粒型的脂质转移蛋白(OsLTPL108)进行原核表达、纯化及亚细胞定位,为解析该蛋白的生物学功能及其调控粒型的分子机制提供理论参考。
从UniProt数据库获取OsLTPL108基因编码区(CDS)序列,设计其引物进行PCR扩增,并对扩增产物进行电泳检测及测序,采用生物信息学软件预测其编码蛋白的理化性质、跨膜结构域、信号肽、亲/疏水性及亚细胞定位。将OsLTPL108基因序列连接至pGEX-2T上,构建原核表达载体pGEX-2T-OsLTPL108,并诱导其在大肠杆菌BL21-CodonPlus(DE3)-RIPL中表达,对纯化的目的蛋白进行免疫印迹杂交验证。同时,构建pRHV-OsLTPL108-cGFP亚细胞定位载体,通过转化水稻原生质体后观察其亚细胞定位。
以水稻品种丁香B的cDNA为模板,扩增获得的OsLTPL108基因长度为477 bp,与RGAP数据库中粳稻登录号为LOC_Os03g14654的基因序列完全一致。OsLTPL108基因编码158个氨基酸残基,蛋白相对分子量为15.66 kD,理论等电点为8.7,N端第1~30位氨基酸含有跨膜结构域,第31~158位为可溶性结构域;N端第1~24位氨基酸构成典型信号肽序列,推测该蛋白属于分泌型蛋白。OsLTPL108蛋白的核心区域(第30~120位氨基酸)含有1个完整的非特异性LTP家族标志性结构域(Pfam登录号PF14368),由8个高度保守的半胱氨酸残基构成。pGEX-2T-OsLTPL108原核表达载体转化原核表达系统后,18 ℃、0.1 mmol/L IPTG低温诱导过夜,OsLTPL108蛋白的表达量较高。成功获得分子量约39.64 kD的GST-OsLTPL108融合蛋白,且条带单一,无明显的非特异性条带。蛋白质谱鉴定获得3条与OsLTPL108蛋白匹配的特异性肽段,外源表达纯化的OsLTPL108蛋白序列正确。pRHV-OsLTPL108-cGFP亚细胞定位载体转化水稻原生质体后,OsLTPL108-EGFP融合表达蛋白的绿色荧光信号呈网状分布,与内质网定位蛋白OsHLP1-mCherry的红色荧光信号完全重叠,证明该蛋白定位于水稻原生质体的内质网上。
OsLTPL108属于分泌型蛋白,通过添加助溶标签GST可利用原核表达系统获得高纯度的可溶性融合蛋白,可用于后续的蛋白抗体制备。OsLTPL108蛋白定位于水稻细胞的内质网,由于内质网是植物脂质合成主要场所,推测OsLTPL108蛋白发挥脂质转运的功能。