斑节对虾肌肉中虾青素积累的转录组测序分析_彭超.pdf

54卷南 方 农 业 学 报 764斑节对虾肌肉中虾青素积累的转录组测序分析彭超1，2，陈中元1，吴水清2，邵立业1，韩庆1*（1湖南文理学院生命与环境科学学院/水产高效健康生产湖南省协同创新中心/环洞庭湖水产健康养殖及加工湖南省重点实验室/水生动物重要疫病分子免疫技术湖南省重点实验室/水产生物资源与环境生态湖南省工程研究中心/动物学湖南省高校重点实验室/常德市农业生物大分子研究中心，湖南常德415000；2福建省海洋生物养殖与高价值利用重点实验室，福建厦门361000）摘要：【目的】筛选出斑节对虾肌肉中与虾青素积累相关的基因及其信号通路，为揭示虾青素在对虾肌肉积累的分子机制提供基础数据。【方法】分别剪取注射虾青素斑节对虾（试验组）和未注射虾青素斑节对虾（对照组）的肌肉，提取RNA后等量混合构建cDNA文库，采用Illumina HiSeq X Ten测序仪进行转录组测序，序列拼接与注释后以DESeq筛选差异表达基因（DEGs），然后进行GO功能注释分析和KEGG信号通路富集分析，并通过实时荧光定量PCR验证转录组数据的准确性。【结果】在试验组和对照组中分别获得48415832和48532230条有效序列（Clean reads），拼接后得到20495条Unigenes；分别有8761（占42.75%）、7658（占37.37%）、6933（占33.83%）、5584（占27.25%）和7238（占35.32%）条Unigenes在Nr、Swiss-Prot、KOG、KEGG和GO数据库中注释成功，其中在GO数据库的生物学过程、细胞组分、分子功能三大类别55个功能条目上均注释到Unigenes。经DESeq筛选，试验组与对照组间存在1468个DEGs，其中1209个DEGs在对照组呈上调表达、259个DEGs在对照组呈下调表达；与虾青素相关的基因主要有细胞色素b5基因（CYB5）、细胞色素P450基因（CYP450）、葡糖基/葡萄糖醛酸基转移酶基因（UDPGT）、类kelch蛋白基因（KLHL）、ATP结合盒转运蛋白基因（ABCT）、脂质蛋白受体基因（LipR）、脂肪酶基因（lipase）及半胱天冬酶3基因（CASP3）等。DEGs聚集最多的GO功能条目是多聚糖分解过程，富集最多的KEGG信号通路是信号转导。【结论】CYP450、CYB5、ABCT、LipR、KLHL、UDPGT、CASP3和lipase等DEGs，以及信号转导、运输与分解代谢、内分泌系统及辅酶因子和维生素代谢等信号通路与斑节对虾体内虾青素的积累相关，后续宜通过原位杂交、原核表达等技术验证DEGs的功能，进一步揭示虾青素在对虾体内积累的分子机制。关键词：斑节对虾；虾青素；转录组；差异表达基因（DEGs）；类胡萝卜素中图分类号：S917文献标志码：A文章编号：2095-1191（2023）03-0764-10收稿日期：2023-01-19基金项目：湖南省重点研发计划项目（2020NK2039）；湖南文理学院博士启动基金项目（21BSQD11）；常德市科技创新发展专项（常财企指 2021 67号）；福建省海洋生物增养殖与高值化利用重点实验室开放基金项目（2021fjscq04）通讯作者：韩庆（1971-），https:/orcid.org/0009-0000-6547-8564，教授，主要从事水产经济动物开放与利用研究工作，E-mail：第一作者：彭超（1990-），https:/orcid.org/0000-0002-9831-6948，博士，主要从事海洋生物学研究工作，E-mail：南方农业学报Journal of Southern Agriculture2023，54（3）：764-773ISSN 2095-1191；CODEN NNXAABhttp:/DOI：10.3969/j.issn.2095-1191.2023.03.012Transcriptome sequencing analysis on astaxanthin accumulationin muscle of Penaeus monodonPENG Chao1，2，CHEN Zhong-yuan1，WU Shui-qing2，SHAO Li-ye1，HAN Qing1*(1College of Life and Environmental Sciences，Hunan University of Arts and Science/Hunan Provincial Collaborative In-novation Center for Efficient and Health Production of Fisheries/Hunan Provincial Key Laboratory for HealthAquacultureand Product Processing in Dongting LakeArea/Hunan Provincial Key Laboratory for Molecular Immunity Technology ofAquaticAnimal Diseases/Hunan Engineering Research Center ofAquatic Organism Resources and Environmental Ecology/Zoology Key Laboratory of Hunan Higher Education/Changde Research Center forAgricultural Biomacromolecule，Changde，Hunan 415000，China；2Key Laboratory of Cultivation and High-value Utilization of MarineOrganisms in Fujian Province，Xiamen，Fujian 361000，China）Abstract：【Objective】This study aimed to screen genes and signaling pathways that related to astaxanthin accumulatedin muscle of Penaeus monodon，so as to provide basic data for elucidating the molecular mechanism of astaxanthin accu-3期7650引言【研究意义】虾青素是一种类胡萝卜素，在微藻、甲壳动物、鲑鱼和鳟鱼等生物体内的含量较高（Toews et al.，2017）。在甲壳动物中，角黄素、叶黄素或玉米黄素等类胡萝卜素经新陈代谢生产虾青素（Wade et al.，2017）。虾青素是一种常用的水产饲料添加剂，不仅能提高水产动物的抗氧化活性，还能促使水产动物色泽鲜艳，从而提高其经济价值（Wadeet al.，2017）。但大部分动物无法直接合成虾青素，需通过摄食植物性食物获取，然后在体内进行积累（Sauer et al.，2019）。至今，与虾青素积累相关的基因及信号通路尚未明确，因此亟待探究虾青素在动物体内积累的分子机制，为有效提高动物体内的虾青素含量提供理论依据。【前人研究进展】已有研究表明，果蝇（Drosophila melanogaster）的NinaD能吸收类胡萝卜素（Kiefer et al.，2002），家蚕（Bombyxmori）的 Cameo2 能 与 虾 青 素 结 合（Tsuchida andSakudoh，2015），人类的3个清道夫受体B（Scavengerreceptor class B，SRB）家族成员（SRB1、SRB2和CD36）能结合及运输叶黄素（Shyam et al.，2017）。此外，Ford等（2010）研究证实，BCO1和BCO2是小鼠的2个重要类胡萝卜素氧合酶，能在血液等组织中聚集-胡萝卜素、番茄红素、叶黄素和玉米黄素；Matsunaga等（2020）从虾夷扇贝（Mizuhopecten yessoensis）卵巢中分离出一种新型的类胡萝卜素蛋白。硬脂酰辅酶A去饱和酶（Stearoyl-CoA desaturase，SCD）和过氧化物酶体增殖物激活受体（Peroxisome proliferator-activated receptors，PPAR）可能参与了虾夷扇贝的类胡萝卜素积累（Zhang et al.，2014；Li et al.，2015）。在甲壳类动物中，虾类的甲壳蓝蛋白（Crustacyanin）能与虾青素结合（Weesie et al.，1995；Budd et al.，2017）。脂质运载蛋白基因（lipocalin）敲除后，罗氏沼虾（Macrobrachium rosenbergii）的虾体颜色从蓝色 变 成 橙 红 色（Yang et al.，2011a）。斑 节 对 虾（Penaeus monodon）的SRB和类甲壳蓝蛋白脂质运载蛋白在体外能与虾青素结合（Fan et al.，2021；Zhao et al.，2021）。脊尾白虾（Exopalaemon carini-cauda）的类BCO样6基因（BCO-like6）敲除后，其类胡萝卜素含量和肝胰腺颜色均发生改变（Jin et al.，2020）。近年来，转录组测序技术已广泛应用于动物体内类胡萝卜素积累的分子机制研究。Liu等（2015）分析了华贵制孔扇贝（Chlamys nobilis）橙色闭壳肌（类胡萝卜素含量高）和白色闭壳肌（类胡萝卜素含量低）的转录组序列，结果发现SRB-like-3基因只在橙色闭壳肌中表达。Du等（2017）从海湾扇贝（Argopecten irradians）橙色闭壳肌转录组中筛选出126个与类胡萝卜素积累相关的SNPs位点。Songmulation in muscle of shrimp.【Method】The muscle tissue were clipped from P.monodon individuals injected with asta-xanthin（experimental group）and P.monodon individuals untreated（control group）.After RNAextraction from the muscleof the experimental group and the control group，equal amounts were mixed to build cDNA libraries.Transcriptomesequencing was performed using Illumina HiSeq X Ten sequencer.After sequence assembly and annotation，differentiallyexpressed genes（DEGs）were screened by DESeq.Then GO functional annotation analysis and KEGG signal pathway en-richment analysis were performed.The transcriptome data were confirmed by real-time quantitative PCR.【Result】Theclean reads from experimental group and control group were 48415832 and 48532230，respectively.All clean reads wereassembled into 20495 unigenes.There were 8761（42.75%），7658（37.37%），6933（33.83