长牡蛎三倍体性腺滞育的分子机制研究

Gonadal diapause is the typical characteristic of triploid aquatic animals. Studies on the molecular mechanisms of gonadal diapause in triploid aquatic animals are not only of important theoretical significance, but also of great value for the guidance in the breeding of triploid aquatic animals. The triploids of the Pacific oyster, Crassostrea gigas, which are cultured worldwide, are the ideal model for the studies on triploid gonadal diapause because of its fertile and sterile types. In this project, the diploids, fertile triploids and sterile triploids are selected as the research materials. Differentially expressed genes and proteins are screened using RNA-seq and iTRAQ technology. An integrated transcriptome and proteome analysis is performed to identify the key genes and metabolic pathways involved in the gonadal diapause. The resulted key genes are further explored for their expression pattern and function in the triploids. The epigenetic mechanisms for gonadal diapause in triploid Pacific oysters are investigated using whole genome BS-seq and RNA-seq to uncover their characteristics in DNA methylation, microRNAs, and long non-coding RNAs. Overall, the molecular mechanisms of gonadal diapause in triploid Pacific oysters are explored by integrated multi-omics approaches. The present findings will provide important clues to study on the molecular mechanisms of triploid diapause in marine molluscs, and offer theoretical guidance for the breeding of triploid Pacific oysters.

性腺滞育是水产动物三倍体具有的典型特征，对水产动物三倍体性腺滞育分子调控机制开展相关研究，不仅具有重要的理论意义，在指导水产动物三倍体育种方面也具有重要的应用价值。长牡蛎作为世界性养殖贝类，其三倍体具有可育和不可育两种类型，是研究三倍体性腺滞育的理想模型。本项目拟以长牡蛎二倍体、可育三倍体及不可育三倍体为研究素材，利用RNA-seq和iTRAQ技术筛选长牡蛎二倍体和三倍体性腺差异表达基因及蛋白，通过转录组和蛋白质组联合分析，挖掘长牡蛎三倍体滞育的关键调控基因及代谢通路，查明关键基因的表达模式及功能。利用全基因组甲基化测序和RNA-seq，从DNA甲基化、microRNA和长非编码RNA调控三个层面诠释长牡蛎三倍体滞育的表观遗传调控机制。通过多组学关联分析，多角度揭示长牡蛎三倍体滞育的分子机制。研究成果将为海洋贝类三倍体滞育的分子机制研究提供重要线索，也为长牡蛎三倍体育种工作提供理论指导。

性腺滞育是水产动物三倍体的典型特征，对水产动物三倍体性腺滞育分子调控机制开展研究，不仅具有重要的理论意义，在指导水产动物三倍体育种方面也具有重要的应用价值。长牡蛎作为世界性养殖贝类，其三倍体具有可育和不可育两种类型，是研究三倍体性腺滞育的理想模型。本项目以长牡蛎二倍体、可育三倍体和不可育三倍体为研究素材，利用RNA-seq技术对上述三类样品性腺组织进行比较转录组学分析，筛选出细胞周期、FoxO信号通路、DNA复制等通路在三倍体牡蛎性腺滞育中发挥重要作用。利用蛋白DIA定量技术对二倍体和不同育性三倍体三类样品性腺组织进行分析，发掘到糖酵解/糖原异生信号通路、氧化磷酸化通路、代谢通路等通路在三倍体滞育中发挥重要作用。蛋白质组和转录组关联分析显示细胞周期通路、AMPK信号通路和糖酵解/糖原异生信号通路中的关键基因在三倍体牡蛎性腺滞育中起关键调控作用。对这些关键基因进行表达模式和功能分析，发现细胞周期蛋白Cyclin D、E、A和B基因表达量在不育型三倍体中发生显著性变化，结合EdU核酸标记技术分析结果，推测不育型三倍体中生殖细胞可能在有丝分裂的s期向G2期发展过程中出现受阻，使得精原细胞和卵原细胞无法正常完成有丝分裂，从而导致不育。AMPKα2基因可能通过调控能量转化参与长牡蛎性腺发育调控。通过牡蛎二倍体和三倍体性腺miRNA和lncRNA表达谱分析，确定了差异表达miRNA和lncRNA。miRNA和转录组关联分析结果显示，差异表达miRNA靶基因主要富集在细胞周期通路、FOXO信号通路等通路。进一步说明细胞周期通路在长牡蛎三倍体性腺滞育中发挥关键调控作用。DNA甲基化分析结果显示与二倍体相比，可育型三倍体性腺发生甲基化而不育型三倍体性腺发生去甲基化。关联分析结果显示代谢途径、信号途径和细胞周期通路甲基化水平的改变与三倍体牡蛎性腺滞育密切相关。本项目从多层次诠释长牡蛎三倍体滞育的分子调控机制，为海洋贝类三倍体滞育分子调控机制研究提供新的研究思路，同时也为长牡蛎三倍体育性控制育种工作提供理论指导。