牡蛎热休克蛋白70家族基因多样性和进化

Oysters are a kind of world-wide distributed bivalves with great ecological and economical importance. Heat shock proteins 70 (HSP70) are vital genes for stress response and play important roles in maintaining cellular homeostasis. The HSP70 members in the oyster genome were expanded, but the knowledge of the sequence and function diversity of oyster HSP70s still needs improving. In the project, we planned to identify the HSP70s sequences and their possible alternative splicing patterns in four Crassostrea species, including the Pacific oyster C. gigas, the Portuguese oyster C. angulata, the Suminoe oyster C. ariakensis and the Hong Kong oyster C. hongkongensis; to investigate the HSP70 mRNA expression pattern under challenge of environmental factors; to construct the gene phylogenetic tree and analyze the selective pressure and gene expansion pattern. Based on HSP70 sequences from experiments, the project will make a comprehensive research on oyster HSP70, update our knowledge on oyster HSP70, and provide basis for the research of oyster environmental adaptation mechanism as well as the gene related studies in other bivalves.

牡蛎为全球广泛分布的双壳类贝类，具有重要的生态和经济价值。热休克蛋白70(HSP70)是生物中广泛存在的应激响应蛋白，在维持细胞稳态中发挥重要作用。研究表明，牡蛎HSP70家族基因发生扩张，但对其序列多样性、进化模式和功能认知仍有待完善。本研究拟对在中国分布较广泛的四种巨蛎属牡蛎—长牡蛎、葡萄牙牡蛎、近江牡蛎和香港牡蛎的HSP70进行多样性和进化分析，包括编码序列精确鉴定、序列特征分析和归类、可变剪接模式分析等；考察HSP70的转录应激表达模式；构建基因系统发育树，分析牡蛎HSP70的选择压力和扩张模式。本研究拟对牡蛎的HSP70进行系统梳理和研究，更新我们对牡蛎HSP70的认识，为深入解析牡蛎环境适应机制提供基础，同时也可为其他双壳贝类的相关基因研究提供参考，具有重要的科学意义和价值。

牡蛎为全球广泛分布的具有重要生态和经济价值的双壳贝类。热休克蛋白70(HSP70)是生物中广泛存在的应激响应蛋白，在维持细胞稳态中发挥重要作用。前期研究表明牡蛎HSP70基因发生扩张，但对其序列多样性、进化模式和功能认知仍有待完善。本研究拟对在中国分布较广泛的四种巨蛎属牡蛎-长牡蛎、福建牡蛎(葡萄牙牡蛎)、近江牡蛎和香港牡蛎的HSP70进行多样性和进化分析。本项目发现上述四种牡蛎的基因组中均存在大量的HSP70基因，其数目分别达到111、119、95、和125。分子量从19到174kDa不等，分布在7个染色体中，且超过半数的HSP70在基因组中成簇分布，主要表现为串联重复排列。对HSP70编码区域比较分析，发现长牡蛎和福建牡蛎序列一致性很高，具有相同的功能结构域，暗示在亚种间基因功能相似。对牡蛎中HSP70进行分类，发现HSPA12家族成员数目占比83%以上，在进化树上独立聚为一个大大群，包含79-107个基因；标准型HSP70聚为一支，包含12个基因；线粒体型HSP70独立聚成一个小支，仅包含1个基因；分子量较大的HSPH1和HYOU1，在牡蛎中是单拷贝基因。选择压力分析表明Ka/Ks值均小于1，表明牡蛎HSP70受到强烈的净化选择作用。HSP70基因共同祖先首先分化为线粒体型HSP70和胞质型HSP70，胞质型HSP70进一步分化出内质网型HSP70；牡蛎中大量HSP70成员主要来自于HSPA12亚家族的扩张。在正常生理状态下不同组织中，HSP70基因平均表达量均大于20,但表达模式分化明显。长牡蛎HSC70最低表达量达到790，在高温、低温、低盐、露空等处理后表达均显著上调。6个热响应HSP70，热激后上调倍数最低为85倍，最高达到460倍以上，同时参与低盐和露空等应激响应，但在低温处理后表达均显著降低。筛查获得2个SNP，位于HSP70基因的上游调控和内含子区域，潜在优势基因型分别为CC和AA，在HSP70的表达调控和温度适应中可能发挥重要作用。研究结果阐明了牡蛎HSP70家族基因的多样性和进化特征，拓展了对牡蛎HSP70基因结构和功能的认知，可为解析牡蛎环境适应机制和耐高温牡蛎分子育种等工作提供参考。