牡蛎幼虫发育过程甲状腺激素的信号调节及其分子基础

To date, it remains a controversy whether invertebrates have the capacity of thyroid hormones (THs) synthesis, which has been attributed to failure of demonstration of both THs signaling pathway and in vivo tissues or organs for THs synthesis. Aiming at solving this dispute, THs signaling pathway and its molecular basis have been put in focus during larval development in oysters.The research will start with activity assay of THs, followed by identification, expression and functional verification of component genes essentially involved in THs signaling pathways, as well as localization of relevant tissues for THs systhesis, on the base of previous research progress we have achieved. The existence of THs signaling pathway in a simlar manner of vetebrates will be proved along with presentation of a homolog of the vertebrate thyroid gland in oysters. It will provide substantial evidences for the endogenous synthesis of THs. Consequently, the ancestral feature of endogenous synthesis of THs will be traced to the phyla of molluscks from chordates. The mechanism of THs-regulated pathways involved in the development of oysters, will pave the road for the R&D of novel metamorphosis inducers applicable to larvae in mollusks in the future.

迄今低等无脊椎动物是否能合成甲状腺激素一直备受争议，主要原因是现有研究未能阐明甲状腺激素信号调节的分子基础及合成甲状腺激素的组织或器官。为解决该问题，本研究聚焦于牡蛎幼虫发育过程中甲状腺激素的信号调节及其分子基础，在已有的牡蛎甲状腺激素研究基础上，从研究甲状腺激素的活性入手，开展牡蛎甲状腺激素信号通路关键基因的分离鉴定、重组表达及功能验证；查找牡蛎合成甲状腺激素的组织或器官。通过系统深入的研究，将证实牡蛎存在类似于脊椎动物的甲状腺激素信号通路，具有合成甲状腺激素的组织或器官，首次阐明牡蛎可体内合成甲状腺激素，将甲状腺激素的内源合成从脊索动物追溯至软体动物，对揭示甲状腺激素的起源与进化具有重要的意义。本研究将揭示甲状腺激素对牡蛎幼虫的调节机理，为新型贝类幼虫变态诱导剂的开发奠定理论基础。

甲状腺激素对脊椎动物的生长发育、生理代谢发挥重要作用。尽管在不同无脊椎动物类群中检测到甲状腺激素类物质，但尚未全面分离鉴定类似于脊椎动物的甲状腺激素信号通路的关键分子，也未能找到合成甲状腺激素的同源组织或器官，因此低等无脊椎动物是否能合成甲状腺激素一直备受争议。为解决上述问题，本研究聚焦于牡蛎幼虫发育过程中甲状腺激素的信号调节机器分子基础，从研究甲状腺激素的活性入手，用高效液相色谱法和液相色谱与质谱串联的方法定性检测证实牡蛎胚胎和幼虫存在T4和T3，又用电化学免疫法定量检测了牡蛎发育过程中THs的变化；进而采用荧光定量分析、免疫印迹分析、亚细胞定位、原核表达、酵母双杂交、凝胶迁移电泳(EMSA)、双报告基因技术等一系列分子生物学实验技术，开展了牡蛎甲状腺激素信号通路关键基因的分离鉴定、重组表达及功能验证，发现了：1）牡蛎存在甲状腺激素信号通路中的关键基因，包括4个合成酶甲状腺过氧化物酶（PERT），2个代谢酶脱碘酶（D），1个甲状腺激素受体（TR）；2）胚胎可通过甲状腺过氧化物酶CgPERT1自体合成甲状腺激素；3）脱碘酶基因（CgDx或CgDy）的表达受到甲状腺激素和甲状腺激素受体的调控，在牡蛎中存在甲状腺激素系统的反馈调节机制；4）甲状腺激素受体（CgTR）能通过与目的基因的启动子区域结合来调控基因的表达，并能与视黄酸X受体（CgRXR）发生相互作用，CgTR mRNA的表达受到T4和CgTR蛋白的调控，但CgTR的DNA结合特性和转录激活活性并不保守。这是首次在无脊椎动物中系统研究甲状腺激素的生理作用和分子机理，证实了牡蛎存在类似与脊椎动物的甲状腺激素信号通路，首次阐明牡蛎可体内合成甲状腺激素，将甲状腺激素的内源合成从脊索动物追溯至软体动物，对甲状腺激素的起源与进化研究具有重要意义。本研究揭示甲状腺激素参与胚胎形成、幼虫早期发育等，为贝类个体发生及幼虫发育生物学提供了崭新的数据。