基于轉錄組方法研究長期饑餓和食物組成對金頭鯛氧化磷酸化基因表達的影響

基于轉錄組方法研究長期饑餓和食物組成對金頭鯛氧化磷酸化基因表達的影響

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介紹

金頭鯛

 學名:大西洋鯛

鱸形目-鯛科-鯛屬

譽為“海中珍寶”“皇家鯛魚”

是歐洲養殖最多的海魚

2015年占海魚養殖總產量的46%

Sparus aurata

NGS技術又稱大規模平行測序或深度測序,包括第二代、第三代和第四代測序技術。

NGS技術用于魚類基因研究項目始于上世紀90年代末,在Danio rerio 和 Oryzias latipess等生物開展。

轉錄組研究

Gadus morhua, Salmo salar, Cyprinus carpio, Oncorhynchus mykiss, Solea senegalensis, Solea solea and gilthead sea bream larvae (S. aurata)

Calduch-Giner et al.-2013:感染粘液孢子蟲腸粘液前后 S. aurata 骨骼肌,腸,血液和前腎

 Garcia de la Serrana et al.-2012:不同飼養溫度下短期禁食的S. aurata骨骼肌

Vieira et al.-2013:

S. aurata脊椎和鰓弓進行骨骼轉錄組分析

Sarropoulou et al.-2016:

S. aurata幼體大腦轉錄組分析

氧化磷酸化(OXPHOS)

線粒體:底物氧化→產生ATP

細胞色素C氧化酶是關鍵的限速酶

哺乳動物饑餓OXPHOS研究

魚類饑餓OXPHOS研究

飲食中營養成分對OXPHOS基因表達的影響

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材料與方法

A. 動物飼養試驗、取樣和生長性能檢測

S. aurata幼體分為六組,每組8條,實驗時間為23d,取樣血液,肝臟和背側白骨骼肌

特定生長率SGR(%/d) = (ln Wf - ln Wi) * 100/T

Wf=最終重量Wi=初始重量(g),T=時間(d)

SGR越大代表每天體重增長越快

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結果與討論

1.基礎數據

2.GO注釋

3.不同處理下各組差異分析

S. aurata肝臟和骨骼肌中的129個基因涉及到線粒體呼吸鏈、氧化磷酸化和ATP跨線粒體內膜易位,其中38個為新基因

饑餓組 VS HLL/MHL/LLH

差異倍數(fold change,FC)>2,饑餓組中DEGs全部上調

6個基因與細胞色素c氧化酶亞基相關

COX5B1、COX6A2、COX4I2、COX7A2               FC>4

COQ10SLC25A6上調

基因信息

 COX5B1

COX5B1可以提高細胞色素c氧化酶活性

COX6A2

COX6A2?/?小鼠對饑餓敏感,饑餓時比野生型小鼠更易體重減輕,表明COX6A2表達可能與饑餓有關

基因信息

 COQ10

SLC25A6

FC>2,18DEGs上調,10DEGs下調

LLH組基因表達水平高于HLL組

COQ10、COX6A2、SLC25A6在饑餓組肝臟中顯著上調,在骨骼肌中變化不大,這三種基因可作為檢測S. aurata營養狀況的標記物

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長期饑餓會導致肝臟中大量OXPHOS基因mRNA水平顯著升高;而SLC25A6 mRNA水平的升高驗證了“長期饑餓下,肝臟中ATP依賴過程至關重要”。

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長期饑餓對氧化磷酸化存在較大影響,而不同飲食結構組中氧化磷酸化并不存在明顯差異。

饑餓時間差異

10天饑餓處理:

88個與OXPHOS有關的基因肝臟中OXPHOS基因下調骨骼肌中OXPHOS基因上調FC< 2

23天饑餓處理:

129個與OXPHOS有關的基因

肝臟中OXPHOS基因上調

FC>2

OXPHOS基因肝臟組織中的表達隨饑餓時間的不同而呈現不同表達模式

對食物缺失的代謝適應:S. aurata的肝糖原逐漸耗盡,超過18天饑餓處理后幾乎檢測不到肝糖原含量

饑餓三周后,Paralichthys adspersus骨骼肌中琥珀酸脫氫酶、細胞色素c氧化酶和F1F0-ATP合酶相關基因上調

長期饑餓所造成的S. aurata肝臟中OXPHOS基因的變化可能是受到代謝適應的影響,如脂肪分解增加、肝脂肪酸氧化和生酮作用增強、外周組織葡萄糖攝取和氧化減少。

長期饑餓刺激肝臟中ATP-dependent過程,如糖異生、尿素生成和脂肪酸的β氧化。

在長期饑餓的S.aurata肝臟中增加OXPHOS活性可能是促進底物氧化和提供ATP的必要條件

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總結

01

本次研究結果驗證了長期饑餓會增強S. aurata的細胞色素c氧化酶活性和促進氧化磷酸化過程這一結論。

02

肝臟中的COQ10、COX6A2、SLC25A6以及肝臟和骨骼肌中的COX5B1對營養狀態的變化非常敏感,可用于監測魚類攝食和飲食組成變化的影響。

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