雌雄罗氏沼虾脑和胸神经节的转录组比较分析_张雨阳.pdf

3期657雌雄罗氏沼虾脑和胸神经节的转录组比较分析张雨阳1，赵莉1，桂朗1，王余德2，孙盛明3，李名友1，刘东1，4*（1农业农村部稻渔综合种养生态重点实验室（上海海洋大学），上海201306；2湖南师范大学生命科学学院/省部共建淡水鱼类发育生物学国家重点实验室，湖南长沙410081；3水产种质资源发掘与利用教育部重点实验室（上海海洋大学），上海201306；4海洋动物系统分类与进化上海高校重点实验室（上海海洋大学），上海201306）摘要：【目的】基于转录组测序技术筛选出罗氏沼虾（Macrobrachium rosenbergii）雌雄样本脑和胸神经组织中的差异表达基因（DEGs），为揭示其生长发育的性别二态性及开展分子辅助育种提供理论依据。【方法】通过TRIzol提取罗氏沼虾雌雄样本脑和胸神经节组织总RNA，构建cDNA测序文库后通过 Illumina HiSeq 2000平台进行转录组测序，经过滤、质量控制及拼接组装获得Unigenes，使用DESeq筛选出DEGs，并进行GO功能注释分析和KEGG信号通路富集分析。【结果】转录组数据经de novo拼接成84627条Unigenes。以P1为判断标准，发现雌雄罗氏沼虾脑组织间存在5287个DEGs，雄性组织中显著上调DEGs有2416个、显著下调DEGs有2871个；胸神经节组织间存在6211个差异表达基因，雄性组织中显著上调DEGs有3280个、显著下调DEGs有2931个。雌雄罗氏沼虾脑和胸神经节组织DEGs在GO数据库中注释到生物学过程、细胞组分和分子功能三大功能条目，分别涉及56和57个亚类，包含顶体外膜、生殖结构发育、组织形态发生、细胞过程、代谢过程、细胞组分及结合等；KEGG信号通路富集分析结果表明，DEGs主要参与RNA运输、剪接体、内质网蛋白加工、转录、翻译、折叠和降解等过程。筛选得到的TU-BA1B、COX、TRY、MHC、MLC、HSP90和IAGBP等10个DEGs与罗氏沼虾肌肉生长及性腺发育相关，对雌雄罗氏沼虾生长发育差异调控起重要作用。【结论】雌雄罗氏沼虾脑和胸神经节组织中的TUBA1B、COX、TRY、MHC、MLC、HSP90、TRA2、PCNA、MT-ND4和IAGBP等DEGs，富集在RNA转运、内质网蛋白加工及MAPK信号通路等，参与肌肉生长和性腺发育调控，有助于罗氏沼虾生长发育性别二态性的形成。关键词：罗氏沼虾；性别二态性；脑；胸神经节；转录组；差异表达基因（DEGs）中图分类号：S917文献标志码：A文章编号：2095-1191（2023）03-0657-12收稿日期：2022-09-18基金项目：上海市科技创新行动计划（国内科技合作）项目（21015801200）；省部共建淡水鱼类发育生物国家重点实验室开放基金项目（2020KF002）通讯作者：刘东（1974-），https:/orcid.org/0000-0001-5450-9038，博士，副教授，主要从事渔业种质资源及水产动物育种研究工作，E-mail：第一作者：张雨阳（1997-），https:/orcid.org/0009-0001-2780-1604，研究方向为渔业种质资源，E-mail：南方农业学报Journal of Southern Agriculture2023，54（3）：657-668ISSN 2095-1191；CODEN NNXAABhttp:/DOI：10.3969/j.issn.2095-1191.2023.03.002Comparative transcriptome analysis of brain and thoracic ganglion in female and male Macrobrachium rosenbergiiZHANG Yu-yang1，ZHAO Li1，GUI Lang1，WANG Yu-de2，SUN Sheng-ming3，LI Ming-you1，LIU Dong1，4*（1Key Laboratory of Integrated Rice-Fish Farming Ecosystem，Ministry ofAgriculture and RuralAffairs（Shanghai OceanUniversity），Shanghai 201306，China；2College of Life Sciences，Hunan Normal University/State Key Laboratory ofDevelopmental Biology of Freshwater Fish，Changsha，Hunan 410081，China；3Key Laboratory of Exploration andUtilizationAquatic Genetic Resources，Ministry of Education（Shanghai Ocean University），Shanghai 201306，China；4Shanghai Universities Key Laboratory of MarineAnimal Taxonomy and Evolution（Shanghai Ocean University），Shanghai 201306，China）Abstract：【Objective】Transcriptomic sequencing technology was applied for screening differentially expressed genes（DEGs）in brain and thoracic ganglion of male and female M.rosenbergii，and to provide theoretical basis for revealingthe sexual dimorphism in growth and development，and for carring out the molecular-guided breeding of M.rosenbergii.【Method】Total RNA from brain and thoracic ganglion of male and female M.rosenbergii samples were extracted usingTRIzol，and cDNA sequencing libraries were constructed，and then transcriptome sequencing was performed on the Illu-54卷南 方 农 业 学 报 6580引言【研究意义】罗氏沼虾（Macrobrachium rosen-bergii）分布于东南亚一带，因具有个体大、食性杂、养殖周期短、味道鲜美、营养丰富等特点，已发展成为多个国家和地区水产养殖的重要经济物种（陈雪峰等，2012；周迅和戴习林，2021）。我国自1976年从日本引进罗氏沼虾后，其养殖业得到发展迅速，现已成为我国名特优水产品之一，形成巨大的消费市场（徐卫国和姚振海，2018；柳盛健，2019）。罗氏沼虾具有生长二态性，雄虾生长速度快，其个体显著大于雌虾，在相同养殖条件下，雄虾的平均体质量约是雌虾的2倍，明确其分子机理可为罗氏沼虾的分子辅助育种提供理论依据（Xia et al.，2022）。罗氏沼虾在个体发育过程中存在蜕皮现象，甲壳动物周期性 蜕皮受神经系统和内分泌系统的共同调节（Lachaise et al.，1993）。其中，内分泌调节表现为蜕皮激素（Molting hormone，MH）的刺激作用和蜕皮抑制激素（Molt-inhibiting hormone，MIH）的抑制作用；头部Y-腺分泌MH直接导致蜕皮现象发生，而眼柄X-器官窦腺复合体分泌MIH调节Y-腺分泌MH，进而调节甲壳动物的生长（姚俊杰和赵云龙，2006）。早期幼体性腺发育过快，蜕皮次数频繁，导致性早熟现象而影响生产效率。甲壳动物蜕皮与表皮再生受一些关键基因的调控，如表皮蛋白基因、几丁质结合蛋白基因、钙化相关表皮蛋白基因等（Zhang et al.，2019）。水产动物生长发育的性别二态性分子机制一直是水产育种学的研究热点，有学者认为是受脑垂体性腺轴的间接调控（Potau et al.，1999），但缺乏深入研究，因此亟待揭示甲壳动物神经系统对其生长的调控机理。【前人研究进展】罗氏沼虾的脑位于眼柄基部海绵状组织内，由神经根、前脑、中脑、后脑、神经连接和细胞体群组成，脑神经节、胸神经节与腹神经节等构成链式神经系统（廖家遗，2001）。神经系统支配着动物的行为及其生理，在进化过程中神经系统从分散到集中。罗氏沼虾的链状神经节相对集中，尤其是脑部神经节特别发达，是协调生理机能的主要神经中枢（孙春歧，1989）。有研究报道，罗氏沼虾的脑和胸神经节抽提液含有促性腺激素，可促进卵巢发育（廖家遗等，2001）；胸神经节分泌的性激素能促进卵母细胞发育（孙继贤和廖家遗，2003）。目前，关于罗氏沼虾脑和胸神经节的研究主要集中在神经系统组织解剖（廖家遗和秦照萍，1999；Tinikul et al.，2021），尚未明确脑和胸神经节中调控性腺发育的相关基因。随着高通量测序技术的快速发展，获取生物特定发育阶段或特殊生理状况下的相关基因信息变得更快捷高效，其中转录组测序是从整体水平上对基因功能、信号通路、表达模式等开展研究（王跃等，2017；刘青等，2022），已广泛用于克氏原螯虾神经肽鉴定（Veenstra，2015）、金线mina HiSeq 2000 platform，and Unigenes were obtained by filtration，quality control，splicing and assembly.The DEGswere screened out by using DESeq and were analyzed for GO functional annotation and KEGG signal pathway enrich-ment.【Result】The transcriptome data were spliced into 84627 Unigenes by de novo.Using P1 as judgment criteria，5287 DEGs were detected in the brain of male and female M.rosenbergii via comparing with thatof female M.rosenbergii.Out of them，2416 DEGs showed significantly up-regulated expression，and 2871 DEGsshowed significantly down-regulated expression in male tissues.Atotal of 6211 DEGs were detected in the thoracic gangli-on of male M.rosenbergii via comparing with that of female M.rosenbergii.Out of them，3280 DEGs showed signifi-cantly up-regulated expression，and 2931 DEGs showed significantly down-regulated expression in male tissues.TheDEGs that were obtained from brain and thoracic ganglion of female and male M.rosenbergii，according