虾夷扇贝积累与代谢类胡萝卜素的遗传基础解析与调控机理研究

Carotenoids are important to animals in growth, development, health and reproduction. They are also closely related to the flavor of farmed animals, and have been an important factor for quality evaluation of many farmed animals. Animals do not synthesize carotenods de novo, therefore, the regulatory mechanism underlying carotenoids absorption and metabolism in animals has been an attractive research field where there are still many unsolved questions due to the lack of model animal. In this project, we will perform studies on the genetic basis and regulatory mechanism for carotenoids accumulation and metabolism in Yesso scallop Patinopecten yessoensis, using the carotenoids enriched Yesso scallop-"Haida Golden" scallop, a new variety we developed. The main studying contents of the project are: 1) Mapping, cloning and functional verification of the genes related to carotenoids absorption, transport, and metabolism in scallop; 2) Analyzing the regulatory network and mechanism of the pathways involved in carotenoids transport and metabolism; 3) Analyzing the origin and evolution of the genes related to carotenoids transport and metabolism. This project will provide basic information and new model animal for understanding carotenoids accumulation and metabolism, and also provide theoretical and technical support to the breeding of marine animals.

类胡萝卜素与动物的生长、发育、健康、繁殖等方面均有重要的关系，也与很多养殖动物的品质和风味密切相关，是评价动物品质的重要指标。由于不能从头合成类胡萝卜素，动物类胡萝卜素吸收和代谢的调控机制已成为引人关注的领域，但因为缺乏合适的模型动物，相关研究存在许多模糊之处。本项目利用课题组培育的富含类胡萝卜素虾夷扇贝新品种“海大金贝”，开展类胡萝卜素积累代谢的的遗传基础解析与调控机理研究。主要内容包括：1）扇贝吸收、转运、代谢类胡萝卜素相关基因的定位、克隆及功能验证；2）扇贝类胡萝卜素吸收代谢通路的调控网络与调控机制解析；3）类胡萝卜素转运代谢相关功能基因的起源和进化分析。项目将为动物类胡萝卜素积累代谢机制研究提供基础资料和新的模型生物，并为培育高产、抗逆、优质的海产养殖动物新品种提供理论技术支持，具有重要的理论和应用意义。

本项目建立了以“海大金贝”为动物模型的类胡萝卜素吸收、转运和代谢相关功能研究平台；系统分析了“海大金贝”和普通虾夷扇贝组织类胡萝卜素积累特征，揭示了扇贝类胡萝卜素的吸收积累和代谢在各组织间以及种间存在差异；成功解析了“海大金贝”闭壳肌积累类胡萝卜素的分子机制，首次在海洋动物中发现编码类胡萝卜素氧化酶的PyBCO like 1，是导致“海大金贝”闭壳肌积累类胡萝卜素的关键基因；系统鉴定了虾夷扇贝PyBCO基因的进化关系，首次在软体动物中发现基因平行转移现象，推断出PyBCO like基因可能起源于海洋单胞藻BCO基因的平行转移, 为深入解析海洋动物新基因和新性状的产生机制提供了重要的参考信息；全面解析了PyBCO家族基因代谢类胡萝卜素的功能，为深入理解类胡萝卜素的代谢机制提供了实验证据；定位到“海大金贝”个体间类胡萝卜素积累差异调控的候选基因PARP9/14/15s，以及参与类胡萝卜素转化的基因簇CYP2J6s，为“海大金贝”类胡萝卜素积累性状的进一步改良提供了候选靶基因和位点；解析了扇贝类胡萝卜素吸收类胡萝卜素的分子机制，鉴定得到扇贝吸收类胡萝卜素关键基因PySRB like 1；揭示了扇贝可能通过肠道特异性转录因子协调类胡萝卜素吸收和代谢途径间的平衡。项目以系统的、整合的思路和方法研究了扇贝吸收、转运、代谢类胡萝卜素的过程与调控机理，为全面理解类胡萝卜素的积累机制和扇贝分子育种提供理论依据和技术支持。