本文關(guān)鍵詞：基于基因組學(xué)的團(tuán)頭魴植食性機(jī)制研究　出處：《華中農(nóng)業(yè)大學(xué)》2016年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

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【摘要】：團(tuán)頭魴(Megalobrama amblycephala),俗稱武昌魚,屬于硬骨魚綱、鯉形目、鯉科、湆亞科、魴屬,是我國(guó)特有的優(yōu)良草食性魚類。目前對(duì)于魚類的食性研究較少,有關(guān)魚類食物的消化機(jī)制尚不明確,尤其是草食性魚類,為什么草食性魚類能夠吃草而有些魚類只吃活體小魚小蝦?草食性魚類是如何消化和利用纖維素的?對(duì)于這一問題,本研究選取草食性的團(tuán)頭魴為研究對(duì)象,通過對(duì)其全基因組進(jìn)行測(cè)序、組裝、注釋及進(jìn)化分析,全面解析團(tuán)頭魴的基因組、基因集、SNP、非編碼RNA等遺傳信息及探究其草食性的適應(yīng)性進(jìn)化問題;另外,在基因組水平研究草食性的團(tuán)頭魴以及其它食性魚類的內(nèi)源性消化酶、嗅覺受體及味覺受體基因家族的基因拷貝數(shù)變化以及在不同食性魚類中的進(jìn)化模式;深入研究與食性適應(yīng)性進(jìn)化相關(guān)的胰核糖核酸酶基因(RNase1)在團(tuán)頭魴發(fā)育不同階段及不同組織中的表達(dá)模式、消化功能以及抗菌功能等;此外,利用宏基因組測(cè)序的方法研究草食性的團(tuán)頭魴以及其它食性魚類的腸道微生物菌群組成、菌群豐度及與腸道內(nèi)容物的酶活性之間的相關(guān)性。整個(gè)研究基于全基因組和宏基因組測(cè)序,將草食性的團(tuán)頭魴及其它食性魚類的內(nèi)源性消化系統(tǒng)與外源性消化機(jī)制相結(jié)合,一方面闡明了草食性團(tuán)頭魴的植食性機(jī)制,為后續(xù)團(tuán)頭魴的營(yíng)養(yǎng)學(xué)研究、微生態(tài)制劑的研發(fā)、抗病研究、分子育種及品種選育等方面提供了數(shù)據(jù)和理論支持,另一方面也為其它食性魚類的食性研究及營(yíng)養(yǎng)學(xué)研究奠定了基礎(chǔ)。1.團(tuán)頭魴全基因組測(cè)序及食性進(jìn)化研究通過對(duì)團(tuán)頭魴全基因組進(jìn)行de novo測(cè)序、組裝、注釋及進(jìn)化研究獲得了團(tuán)頭魴的全基因組與基因集數(shù)據(jù)。團(tuán)頭魴基因組大小為1.116 Gb,測(cè)序覆蓋度為130X,GC含量為37.3%,與鯉魚(37.0%)和斑馬魚(36.7%)接近,組裝得到contig N50長(zhǎng)度為49 Kb,scaffold N50長(zhǎng)度為839 Kb;團(tuán)頭魴基因組注釋得到23,696個(gè)蛋白編碼基因,其中99%的基因都有轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)以及同源物種注釋信息支持,另外注釋得到1,408個(gè)非編碼RNA,其中474 miRNAs,110 rRNA,530 tRNAs和294 snRNAs;團(tuán)頭魴基因組中有34%的轉(zhuǎn)座子序列(TE),其中DNA型轉(zhuǎn)座子占23.8%,逆轉(zhuǎn)座子LTRs占9.89%,與其他魚類相比,團(tuán)頭魴LTRs的比例最高;物種進(jìn)化分析發(fā)現(xiàn),團(tuán)頭魴與草魚的親緣關(guān)系最近,推算的分歧時(shí)間為13.1百萬(wàn)年;草食性的團(tuán)頭魴和草魚祖先支擴(kuò)張的基因家族主要與免疫、嗅覺受體、糖脂類物質(zhì)代謝相關(guān);與其他肉食性和雜食性魚類相比,在草食性的團(tuán)頭魴和草魚同時(shí)受到正選擇的基因家族中,有17個(gè)基因在糖代謝和脂肪代謝調(diào)控中起到關(guān)鍵作用。2.不同食性魚類內(nèi)源性消化系統(tǒng)比較研究對(duì)不同食性魚內(nèi)源性消化系統(tǒng)比較發(fā)現(xiàn),草食性的團(tuán)頭魴基因組中不存在內(nèi)源性的纖維素消化酶(內(nèi)切葡聚糖酶、外切葡聚糖酶及β-葡糖苷酶)基因,團(tuán)頭魴對(duì)于食物中纖維素的消化可能主要依賴于其腸道微生物菌群;團(tuán)頭魴的內(nèi)源性淀粉酶(α淀粉酶和葡萄糖淀粉酶)基因和蛋白酶(胃蛋白酶、胰蛋白酶、組織蛋白酶及糜蛋白酶)基因的拷貝數(shù)與肉食性魚類相比沒有明顯的變化,說明團(tuán)頭魴具有完善的消化碳水化合物和蛋白質(zhì)的能力;團(tuán)頭魴基因組中有179個(gè)完整的嗅覺受體基因,與其他魚類相比數(shù)目最多,其中β亞型在團(tuán)頭魴和草魚中顯著擴(kuò)張;不同食性的幾種魚鮮味、甜味及苦味受體基因拷貝數(shù)和進(jìn)化方式明顯不同,其中草食性的團(tuán)頭魴體內(nèi)缺少鮮味受體t1r1基因,說明其可能失去對(duì)鮮味感知的能力,而甜味受體基因(t1r2)和苦味受體(t2rs)基因的拷貝數(shù)較多;相反的,在肉食性魚類中,鮮味受體基因擴(kuò)張,甜味和苦味受體基因收縮或者缺失。3.團(tuán)頭魴rnase1生物學(xué)功能研究胰核糖核酸酶rnase1是由動(dòng)物胰臟分泌的重要的消化酶,與草食性動(dòng)物的食性適應(yīng)性進(jìn)化有關(guān)。本研究在團(tuán)頭魴、草魚、鯉、斑馬魚和青溕基因組數(shù)據(jù)中分別鑒定出了其rnase1基因且都是單拷貝。多序列比對(duì)發(fā)現(xiàn)這5種魚類的rnase1具有哺乳動(dòng)物rnasea超家族的特征:n端有信號(hào)肽序列,有“ckxxntf”特征motif序列,含his12 lys41 his119催化位點(diǎn)及6個(gè)保守的半胱氨酸殘基;基因表達(dá)模式研究表明,團(tuán)頭魴rnase1基因在胚胎發(fā)育早期不表達(dá),但在受精后120和144h有表達(dá),在一齡和二齡團(tuán)頭魴的不同組織中表達(dá)模式明顯不同,其中在一齡魚中主要在肝臟和心臟中表達(dá),其他組織均不表達(dá),而在二齡中除了心臟和肌肉外,在肝、脾、腎、腦、腸道及性腺中均表達(dá);實(shí)驗(yàn)獲得了團(tuán)頭魴rnase1重組蛋白,該蛋白主要以包涵體形式表達(dá);蛋白生物學(xué)功能研究發(fā)現(xiàn),團(tuán)頭魴rnase1蛋白不僅具有較強(qiáng)的消化活性,還具有抗菌活性,對(duì)革蘭氏陰性菌和陽(yáng)性菌均有明顯作用。4.不同食性魚類外源性消化系統(tǒng)比較研究為了明確草食性的團(tuán)頭魴和其他不同食性魚類腸道微生物的差別,本研究基于高通量測(cè)序的方法研究了同一水域的四種不同食性的八種魚腸道微生物菌群組成與豐度的關(guān)系。24個(gè)測(cè)序文庫(kù)共獲得了985,356條高質(zhì)量序列,7,349個(gè)OTUs,共包含了53個(gè)細(xì)菌門;PCoA分析發(fā)現(xiàn)由于食性的不同,草食性和肉食性魚類明顯聚為兩個(gè)群;四種食性魚共有的核心菌群比例較大(18.01%),在門水平,優(yōu)勢(shì)菌群分別為變形菌門、后壁菌門、梭菌門和酸桿菌門,但四種菌群相對(duì)豐度有所差別;在屬水平,草食性的團(tuán)頭魴和草魚腸道微生物中纖維素降解菌群比例最高(7%),主要為梭菌屬、檸檬酸桿菌屬、纖毛菌屬及鏈球菌屬;在肉食性魚類中該菌群比例只有2%,而相對(duì)豐度最高的菌群主要為鯨桿菌屬和鹽單胞菌屬;在雜食性和濾食性魚類中,梭桿菌屬、鯨桿菌屬及鹽單胞菌屬相對(duì)豐度均較高;草食性魚類的腸道內(nèi)容物的纖維素消化酶和淀粉酶活性顯著高于肉食性魚類,而肉食性魚類腸道內(nèi)容物的胰蛋白酶活性顯著高于草食性和濾食性魚類。這說明魚類腸道微生物的菌群組成與豐度及腸道內(nèi)容物酶活性明顯受其食性的影響,草食性魚類中的纖維素菌群在草食性魚類食物消化中可能扮演著極為重要的作用。
【學(xué)位授予單位】：華中農(nóng)業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：S917.4

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