虾夷扇贝闭壳肌积累类胡萝卜素的分子基础及调控机理

虾夷扇贝是我国重要的养殖水产生物，在前期研究中课题组育成了一个闭壳肌富集类胡萝卜素(pectenolone和pectenoxanthin)的新品种"海大金贝"。为了解析虾夷扇贝积累类胡萝卜素的分子基础和遗传调控机理，本课题以红柱的"海大金贝"和白柱的野生型扇贝为研究材料，筛查并克隆与类胡萝卜素积累相关的受体基因；分析基因的结构和表达特征；寻找相关基因的表达调控元件，解析虾夷扇贝中类胡萝卜素积累的分子基础；探讨类胡萝卜素积累相关基因及其调控过程与脂肪代谢中PPAR调控系统的关系，为类胡萝卜素和脂肪代谢研究领域的理论研究提供基础资料和新的模型生物，为培育高产、抗逆、优质的海产养殖动物新品种提供技术支持。

类胡萝卜素在动物中不能从头合成，只能从食物中获得，但动物吸收和积累类胡萝卜素的分子机制还不清楚。本研究以富含类胡萝卜素、具有橘红色闭壳肌的虾夷扇贝“海大金贝”为模型材料，分别从转录组、蛋白质组、全基因组SNP位点变异的水平，开展了积累类胡萝卜素相关基因和位点的规模筛查。利用抑制性差减杂交（SSH）、高通量转录组测序、蛋白组学手段，分别获得148、122、7个在“海大金贝”和普通白色闭壳肌虾夷扇贝间差异表达的基因；运用高通量基因组SNP分型技术2b-RAD开展全基因组关联分析（GWAS），分别从群体和三个F2家系中获得65个和153个与类胡萝卜素积累显著相关的SNP位点，并发现大多数p值低于10-8的差异SNP位点在14号连锁群集中分布，提示该区域含有调控虾夷扇贝类胡萝卜素积累的功能位点。. 从筛查到的基因中，挑选部分与类胡萝卜素转运、脂肪酸和脂蛋白代谢相关的功能基因开展了表达调控和功能分析。对铁蛋白基因Ferritin进行了克隆、表达分析和功能鉴定；检测到清道夫受体基因SRB1、SRF2和SRCR在“海大金贝”和普通虾夷扇贝间的表达差异，推测清道夫受体可能通过由过氧化物酶体增殖物活化受体(PPAR)调控的途径参与了扇贝类胡萝卜素的吸收代谢；发现单不饱和脂肪酸合成的限速酶硬脂酰辅酶A去饱和酶（SCD）基因在“海大金贝”和普通虾夷扇贝间类胡萝卜素积累差异最大的组织中表达差异显著，且SCD在两种扇贝间的差异表达从面盘幼虫时期开始。推测两种扇贝类胡萝卜素积累水平的差异可能与上述基因差异表达引起的类胡萝卜素转运水平不同相关。. 本课题首次开展了海洋动物类胡萝卜素积累相关基因和位点的规模筛查，从多种组学的水平，比较了“海大金贝”和普通闭壳肌虾夷扇贝间的遗传差异，获得了相关基因和位点，并对相关基因进行了表达和功能分析，研究结果对富含类胡萝卜素虾夷扇贝的进一步选育，以及海洋动物类胡萝卜素吸收和代谢调控机理的解析均有重要意义。