长牡蛎变态过程中蜕皮激素信号通路的作用和分子基础

Metamorphosis is a complex and significant developmental event in shellfish. However, the regulation and trigger mechanism in molecular level are far from being understood. Genome and transcriptome data indicate ecdysone sigaling pathway which plays important role in insect metamorphosis exists in oyster. The research intends to measure ecdysone level in Crassostrea gigas larva, and study the biological function of ecdysone sythesis gene Dib, ecdysone receptor (EcR) and related genes RXR and FTZ-F1 through RNA interference, yeast two-hybrid screening, ligand binding assay, etc. Solexa sequencing will also be used to find ecdysone responding genes and elucidate the regulation network. The result will provide important scientific evidence for the evolution of ecdysone signaling pathway and its molecular basis in C. gigas. The information will deepen the understanding of the shellfish metamorphosis and contribute to larva breeding and biofouling control.

贝类生长发育中，变态是一个复杂而重要的发育事件，但其分子调控和关键启动机制仍不明确。基因组和发育表达谱数据提示对昆虫变态发育起重要作用的蜕皮激素信号通路存在于牡蛎中。申请人拟对长牡蛎幼虫蜕皮激素进行定量分析，同时通过RNA干扰、酵母双杂交、配体-受体结合实验等分子生物学技术对长牡蛎蜕皮激素合成关键基因Dib，响应通路中蜕皮激素受体EcR，相关的RXR和FTZ-F1基因的生物学功能及在变态中的作用进行研究，并利用高通量测序技术探明该通路的效应基因和调控网络。研究将为阐明蜕皮激素信号通路的系统演化和长牡蛎中该通路的分子基础提供重要科学证据，为深化对贝类变态机制的了解，提高苗种培育水平及防治水生生物污损提供有力参考。

蜕皮激素信号通路可能存在于软体动物，并在贝类幼体发育变态过程中发挥作用。本项目通过酵母双杂交、细胞亚定位、荧光定量PCR等技术对长牡蛎中蜕皮激素受体EcR基因及相关基因开展研究，结果显示EcR基因在长牡蛎幼虫变态前存在高表达情况，EcR与维甲酸X受体RXR蛋白分子可能通过形成异源二聚体行使功能，RXR与另一核受体FTZ-Z1基因在变态期间的表达水平略上调。通过同源建模和分子对接模拟了长牡蛎EcR蛋白分子与潜在配体20-羟基蜕皮酮和14-脱氧蜕皮酮的结合位点及作用方式，推测其可能存在多个配体。此外，通过转录组测序对经蜕皮激素溶液刺激的长牡蛎壳顶及眼点幼虫中的基因表达进行分析，发掘了一批潜在效应基因，并发现长牡蛎中蜕皮激素信号通路可能与甲状腺激素信号通路同时存在且相互影响。本研究为探讨软体动物中蜕皮激素信号通路的分子基础及作用机制提供了重要的信息，为进一步开展非节肢类无脊椎动物蜕皮激素信号通路的作用机理和进化研究奠定了坚实的基础，也为科学水产养殖和海洋环境保护提供了重要参考。