基于转录组和蛋白组比较分析的凡纳滨对虾耐寒分子机理研究

Litopenaeus vannamei is the dominant farm species for aquaculture in China. However, Litopenaeus vannmei was tropical or subtropical originated species, cold intolerance has become an important limiting factor in the development of the industry. Studies have shown that cold tolerance is a quantitative trait controlled by multiple genes, and low temperature transcriptome analysis which based on high-throughput sequencing is an effective way to reveal the molecular mechanism of cold tolerance. Proteome analysis is an effective verification and supplement of transcriptome.By comparing transcriptomics and proteomics data,differentially expressed genes with the same mRNA and protein expression trend can be vertified,and post-transcriptional gene regulatory pathways can be revealed by analysing genes with different mRNA and protein expression trend. So, the traits related gene expression and regulatory system can be initially revealed by comparative transcriptome and proteome analyses. In the present study, normal temperature,cold acclimation and deacclimation shrimps from both the cold tolerant and cold intolerant family were used for transcriptome and proteome analysis,to find differentially expressed mRNA and proteins.Correlation analysis is to be carried out between differentially expressed mRNA and proteins,and cold associated metabolic pathways and mechanisms will be analyzed, to provide a reference for finding major genes of cold tolerance and carrying out molecular assisted breeding of cold tolerant varieties .

凡纳滨对虾是我国水产养殖主导品种，但其不耐寒性已成为制约产业发展的重要因素之一。研究表明，耐寒性状是微效多基因控制的数量性状，基于高通量测序的低温转录组分析是揭示耐寒分子调控机理的有效途径，而蛋白质组是转录组的有效验证和补充，借助两个组学的数据结果，可以验证mRNA和蛋白表达趋势相同的性状相关基因，排除假阳性；发现mRNA和蛋白表达趋势相反或仅蛋白或RNA差异表达的基因及相关通路、揭示基因的转录后调控途径；从而揭示机体性状相关的基因表达调控系统。本研究拟以本团队选育获得的耐寒和不耐寒家系对虾为研究对象，对常温、低温锻炼及脱锻炼对虾分别进行转录组和蛋白组测序，找到耐寒和不耐寒对虾在常温、低温锻炼及脱锻炼时差异表达mRNA和蛋白，进行差异表达mRNA和蛋白的比较关联分析，初步解析耐寒性状相关的分子代谢途径和机理，为查找主效基因和开展分子辅助耐寒品种的选育提供参考。

耐寒性能差是制约凡纳滨对虾产业发展的重要因素，为解析凡纳滨对虾耐寒的分子机制，采集耐寒和不耐寒家系常温、低温锻炼和脱锻炼共12尾对虾的肝胰腺样本，分别提取总RNA和蛋白，进行了转录组和蛋白质组测序。. 转录组测序数据组装获得143029个 unigenes，注释基因66665个。比较获得耐寒和不耐寒家系对虾在常温、低温及回温条件下基因差异表达情况，发现低温条件下，耐寒家系和不耐寒家系差异表达基因数最多，达4463个，提示耐寒家系对虾低温时启动了更多的基因表达调整。对低温差异基因GO聚类分析发现，耐寒家系在低温锻炼和脱锻炼条件下，生物学过程中的氧化压力应答条目和细胞组分中的电压门控钙离子通道复合体和钙离子通道复合体等条目呈显著富集。低温差异基因KEGG分析显示，低温差异表达基因富集最多的是核糖体、溶酶体通路。选择nuclear export mediator factor Nemf-like，synapse-associated protein，seleno proteins 以及DEAD-box RNA helicase Variant 1 等4个基因进行实时荧光定量PCR分析，结果与转录组测序及前期研究结果均一致。. 蛋白组分析共鉴定3349种蛋白质，其中定量2736种。分析GO注释结果发现差异表达蛋白主要属于生物过程，细胞成分和分子功能等条目。KEGG途径注释表明，低温差异蛋白主要定位于溶酶体，核糖体和氧化磷酸化等通路。亚细胞定位分析显示，低温引起细胞质，细胞外组分和线粒体中蛋白显著增加。结合富集聚类分析和qRT-PCR分析，发现谷胱甘肽S-转移酶，锌蛋白酶，m7GpppX二磷酸酶，AP2转录复合物和锌指转录因子等蛋白在凡纳滨对虾的低温反应中起主要作用。此外，包括不同类型的凝集素和DAPPUDRAFT的结构蛋白对凡纳滨对虾低温耐受性的作用也是必不可少的。. 通过转录组和蛋白质的关联分析，获得86个mRNA和蛋白表达变化趋势相同、3094个相异的基因，并对变化趋势相异的基因进行聚类分析，挖掘转录后调控相关信息。本项目通过转录组分析、蛋白质组分析、转录组和蛋白质组关联分析，从转录、转录后水平、翻译及翻译后水平，初步解析凡纳滨对虾耐寒的分子基础，绘制了耐寒分子适应的分子调控模式，为耐寒新品种的培育提供了基础数据。