Molecular cloning and expression analysis of Ch-penaeidin, an antimicrobial peptide from Chinese shrimp, Fenneropenaeus chinensis

A new member of antimicrobial peptide genes of the penaeidin family, Ch-penaeidin, has been cloned from the haemocytes of Chinese shrimp, Fenneropenaeus chinensis, by reverse transcription PCR (RT-PCR), 3'-rapid amplification of cDNA end (3'-RACE) and smart cDNA methods. The Ch-penaeidin cDNA was 655 bp and the open reading frame of the cDNA encoded a 71 amino acid peptide. Ch-penaeidin contained a putative NH2-terminal signal Sequence (1-19) followed by a mature peptide (20-71). The sequence identify with other penaeidins from Litopenaeus vannamei and Litopenaeus setiferus is between 48% and 71%. The signal sequence of Ch-penaeidin is almost completely identical to that of other penaeidins, while differing relatively in the N-terminal domain of the mature peptide. Ch-penaeidin was designated as a novel member of class penaeidin 3 according to phylogenetic analysis. The Mature peptide. with a predicted molecular weight of 5589.32 Da, and a pI of 9.77, has eight positively charged amino acids and no negatively charged amino acids. The expression and distribution of Ch-penaeidin in Unchallenged shrimps were studied by RT-PCR, Northern blot and in situ hybridisation. The results showed that the Ch-penaeidin transcripts were detected in haemocytes (granular haemocytes), heart, gill, intestine, and subcuticular epithelia of the shrimp. and that Ch-penaeidin was constitutively expressed mainly in haemocytes. (C) 2003 Elsevier Ltd. All rights reserved.

cDNA cloning, characterization and expression analysis of the antioxidant enzyme gene, catalase, of Chinese shrimp Fenneropenaeus chinensis

Catalase is an important antioxidant protein that protects organisms against various oxidative stresses by eliminating hydrogen peroxide. The full-length catalase cDNA of Chinese shrimp Fenneropenaeus chinensis was cloned from the hepatopancreas using degenerate primers by the method of 3' and 5' rapid amplification of cDNA ends PCR. The cDNA sequence consists of 1892 bp with a 1560 bp open reading frame, encoding 520 amino acids with high identity to invertebrate, vertebrate and even bacterial catalases. The sequence includes the catalytic residues His71, Asn144, and Tyr354. The molecular mass of the predicted protein is 58824.04 Da with an estimated pl of 6.63. Sequence comparison showed that the deduced amino acid sequence of F. chinensis catalase shares 96%, 73%, 71% and 70% identity with that of Pacific white shrimp Litopenaeus vannamei, Abalone Haliotis discus hannai, Zhikong scallop Chlamys farreri and Human Homo sapiens, respectively. Catalase transcripts were detected in hepatopancreas, hemocytes, lymphoid organ, intestine, ovary, muscle and gill. by real-time PCR. The variation of catalase mRNA transcripts in hemocytes and hepatopancreas was also quantified by real-time PCR and the result indicated that the catalase showed up-regulated expression trends in hemocytes at 14 h and in hepatopancreas at 37 h after injection with white spot syndrome virus (WSSV). (c) 2008 Elsevier Ltd. All rights reserved.

PenBase, the shrimp antimicrobial peptide penaeidin database: Sequence-based classification and recommended nomenclature

Antimicrobial peptides play a major role in innate immunity. The penaeidins, initially characterized from the shrimp Litopenaeus vannamei, are a family of antimicrobial peptides that appear to be expressed in all penaeid shrimps. As of recent, a large number of penaeid nucleotide sequences have been identified from a variety of penaeid shrimp species and these sequences currently reside in several databases under unique identifiers with no nomenclatural continuity. To facilitate research in this field and avoid potential confusion due to a diverse number of nomenclatural designations, we have made a systematic effort to collect, analyse, and classify all the penaeidin sequences available in every database. We have identified a common penaeidin signature and subsequently established a classification based on amino acid sequences. In order to clarify the naming process, we have introduced a 'penaeidin nomenclature' that can be applied to all extant and future penaeidins. A specialized database, PenBase, which is freely available at http://www.penbase.immunaqua.com, has been developed for the penaeidin family of antimicrobial peptides, to provide comprehensive information about their properties, diversity and nomenclature. (c) 2005 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Cloning, expression and identification of ferritin from Chinese shrimp, Fenneropenaeus chinensis

Ferritin, the iron storage protein, plays a key role in iron metabolism. A cDNA encoding ferritin (FcFer) was cloned from hepatopancreas of Chinese shrimp, Fenneropenaeus chinensis. The predicted protein contains 170 amino acid residues with a predicted molecular weight (MW) about 19, 422.89 Da and theoretical isoelectric point (PI) of 4.73. Amino acid alignment of FcFer revealed 97% homology with Litopenaeus vannamei ferritin. Results of the RT-PCR showed that the expression of FcFer mRNA was up-regulated after shrimp was challenged with either white spot syndrome virus (WSSV) or heavy metal ions (Zn2+ and Cu2+) in the laboratory. A fusion protein containing FcFer was produced and the purified recombinant protein exhibited similar function of iron uptake in vitro. The result of in-gel digestion and identification using LC-ESI-MS showed that two peptide fragments (-DDVALPGFAK- and -LLEDEYLEEQVDS1KK-) of the recombinant protein were identical to the corresponding sequence of L. vannamei ferritin. The recombinant FcFer protein will be proved useful for study on the structure and function of ferritin in F chinensis. (c) 2006 Elsevier B.V. All rights reserved.

中国明对虾免疫系统中抗氧化相关基因的克隆与表达分析

对虾病害在世界范围内的广泛传播，给水产养殖和沿海农村经济造成了重大损失。深入开展对虾免疫机制研究并在此基础上寻找对虾疾病防治的有效方法已成为当务之急。研究表明，当对虾等甲壳动物受到外界病原刺激时，其体内的吞噬细胞在吞噬活动中会激活磷酸己糖支路的代谢，引起呼吸爆发，产生多种活性氧分子。另外，受到病原侵染的对虾还会产生其他多种免疫反应，这些免疫反应将消耗大量的能量（ATP），产能的呼吸链会加速运转，由此也会引发大量活性氧的产生。这些活性氧分子可以杀灭入侵的病原微生物，但同时由于活性氧分子反应的非特异性，它们也会对宿主的细胞、组织和器官造成严重伤害，进而导致对虾生理机能的损伤和免疫系统的破坏。所以，消除对虾体内因过度免疫反应产生的过量氧自由基将能够增强其抵御病原侵染的能力，提高免疫力。本论文从中国明对虾体内克隆了线粒体型超氧化物歧化酶（mMnSOD）、胞质型超氧化物歧化酶（cMnSOD）、过氧化氢酶（Catalase）和过氧化物还原酶（Peroxiredoxin）等四种与免疫系统相关的抗氧化酶基因，分析了它们的分子结构特征，组织分布及应答不同病原刺激的表达变化模式，并对其中的mMnSOD基因和Peroxiredoxin基因进行了体外重组表达、分离纯化和酶活性分析。 采用RACE技术从中国明对虾血细胞中克隆了两个超氧化物歧化酶（SOD）基因，通过序列比对分析发现，其中一个为mMnSOD基因，另一个为cMnSOD基因。mMnSOD基因的cDNA全长为1185个碱基，其中开放阅读框为660个碱基，编码220个氨基酸，其中推测的信号肽为20个氨基酸。多序列比对结果显示中国明对虾mMnSOD基因的推导氨基酸序列与罗氏沼虾、蓝蟹的推导氨基酸序列同源性分别为88%和82%。Northern blot结果表明，该基因在对虾的肝胰脏、血细胞、淋巴器官、肠、卵巢、肌肉和鳃等组织中均有表达。半定量RT-PCR结果显示，对虾感染病毒3 h时，该基因在血细胞和肝胰脏中的转录水平显著升高。此外，通过构建原核表达载体，本研究对该基因进行了体外重组表达，并对纯化的重组蛋白进行了质谱鉴定和酶活分析。cMnSOD基因的cDNA全长为1284个碱基，其中开放阅读框为861个碱基，编码287个氨基酸。多序列比对结果显示中国明对虾cMnSOD基因的推导氨基酸序列与斑节对虾和凡纳滨对虾的同源性高达98%和94%。组织半定量结果显示，cMnSOD基因在对虾被检测的各个组织中均有表达。 另外，半定量RT-PCR结果表明，对虾感染病毒23h时，该基因在肝胰脏中的转录上升到正常水平的3.5倍；而感染后59 h时，该基因在血细胞中的转录上升到正常水平的2.5倍。 利用根据其他生物过氧化氢酶保守氨基酸序列设计的简并引物，结合RACE技术，从中国明对虾肝胰脏中克隆到了过氧化氢酶基因的部分片段，片段长1725个碱基。多序列比对结果发现目前所得中国明对虾Catalase基因部分片段的推导氨基酸序列与罗氏沼虾和皱纹盘鲍Catalase氨基酸序列的同源性分别达到95%和73%。通过实时荧光定量PCR技术对中国明对虾Catalase基因在各个组织中的分布情况及病毒感染后该基因在血细胞和肝胰脏中的转录变化进行了研究。结果发现，该基因在肝胰脏、鳃、肠和血细胞中表达水平较高，在卵巢、淋巴器官和肌肉中的表达水平相对较弱；感染病毒23 h和37 h时，对虾血细胞和肝胰脏中该基因mRNA的表达量分别出现显著性上升。 依据中国明对虾头胸部cDNA文库提供的部分片段信息，结合SMART-RACE技术，从中国明对虾肝胰脏中克隆到了过氧化物还原酶基因（Peroxiredoxin）， 该基因的cDNA全长为942个碱基，其中开放阅读框为594个碱基，编码198个氨基酸。中国明对虾Peroxiredoxin基因的推断氨基酸序列与伊蚊、文昌鱼和果蝇等Peroxiredoxin基因的推断氨基酸序列同源性分别为77%、76%和73%。其蛋白理论分子量为22041.17 Da，pI为5.17。Northern blot结果表明，Peroxiredoxin基因在对虾的肝胰脏、血细胞、淋巴器官、肠、卵巢、肌肉和鳃等组织中均有表达。实时荧光定量PCR结果显示，弧菌感染后，该基因在对虾血细胞和肝胰脏中的转录水平都有明显变化并且表达模式不同。另外，对该基因进行了体外重组表达，并对纯化的重组蛋白进行了质谱鉴定和酶活性分析。酶活性分析表明，复性后的重组蛋白能在DTT存在的条件下还原H2O2。

人工控制对虾卵巢发育的初步研究

南美洲白对虾(Penaeus vannamei Boone）在龄期分别为9和12个周月时实施眼柄摘除手术，均能有效地诱导卵巢发育并成熟。其差别为前者需要三个月后才能产卵，而后者中需20天，相对而言龄期越大卵巢催熟的效果越明显。但上述期内，两栖批对虾所产卵粒幸免存在质量差，数量明显减少的问题，说明该虾种在龄期达12个周月时实施催熟手术仍然为时尚早。中国对虾Penaeus chinensis(0'sbeck)眼柄中所含的性腺抑制激素（GIH）对于雌虾的卵巢发育具有显著的抑制作用。实验结果表明：摘眼迟了8天多。这种抑制效应并不受提供眼柄的对虾性别的限制。注射眼柄提取液对卵巢发育所产生的抑制作用是暂时性的，一旦停止注射，被抑制的卵巢能够重新发育，并成熟产卵。

蚯蚓作为饲料成分对对虾生长及其免疫指标的影响

本文以鲜活饵料赤子爱胜蚓（Eisenia foetida）为研究对象，从营养学和免疫学的角度研究探讨了蚯蚓对对虾生长和抗病力的影响，为目前虾病问题的解决进行了有益的探索，为蚯蚓在规模化养殖生产中的推广应用提供了参考和依据。主要研究结果如下： 1、以鲜活饵料赤子爱胜蚓为主，双齿围沙蚕（Perinereis aibuhitensis）和人工配合饵料为对照，比较研究了凡纳滨对虾（Litopenaeus vannamei）摄食不同饵料的生长和免疫指标的差异。结果表明：沙蚕和蚯蚓单独投喂或与人工饵料配合投喂都可显著提高凡纳滨对虾的生长速率，提高对虾肌肉蛋白的营养价值，但用沙蚕单独投喂的对虾成活率较低。在增强对虾的免疫功能方面，蚯蚓和沙蚕与人工饵料配合投喂优于蚯蚓和沙蚕单独投喂，同时蚯蚓的饵料效果优于沙蚕。 2、采用鲜活饵料赤子爱胜蚓和人工配合饵料的不同配比投喂处于健康状态下的中国明对虾（Fenneropenaeus chinensis）幼虾，研究了其生长和免疫特征。结果表明：在人工饵料中配合投喂1/4的蚯蚓（干重）可显著加快中国明对虾的生长速率，增加对虾肌肉蛋白质含量，提高对虾肌肉蛋白的营养价值，减少脂肪含量，但对处于健康状态下的中国明对虾幼虾免疫功能的增强无明显效果。 3、考虑到对虾规模化养殖的可行性，采用冰冻蚯蚓赤子爱胜蚓和人工饵料的不同配比投喂处于非健康状态下的凡纳滨对虾，测定分析对虾的生长、营养成分和免疫指标，结果表明：蚯蚓投喂量（干重）占日投喂量的1/4时可以显著提高对虾的生长速率，增加对虾营养，增强对虾免疫功能，提高对虾成活率。 我国蚯蚓资源丰富，来源广泛，研究证实，以蚯蚓作为对虾饵料可增加对虾营养，促进对虾生长，提高机体免疫力，是对虾规模化养殖生产中的优质绿色动物性饵料。

软甲纲动物和星虫动物线粒体基因组特征及分子进化研究

在过去的几十年间，利用线粒体基因组序列探讨后生动物深层次的系统发育关系已取得初步进展。这主要得益于，线粒体基因组与其它分子标记相比具备诸多优势。迄今为止，超过1,200个后生动物的线粒体基因组已被测定，然而所获得的数据分布极不均衡。 软甲纲历来是甲壳动物分类学和系统发育学研究的重要类群，在形态学特征和分子生物学各方面取得广泛的发展。尽管软甲纲本身作为单系群已得到大多数甲壳动物学家认可，但是软甲纲内部各个类群之间的系统发育关系迄今仍颇有争议。本文报道了凡纳滨对虾Litopenaeus vannamei、中国明对虾Fenneropenaeus chinensis、脊尾白虾Exopalaemon carinicauda、太平洋磷虾Euphausia pacifica和采自南极普里兹湾南极磷虾Euphausia superba的线粒体基因组，其长度分别为15,989 bp、16,004 bp、15,730 bp、16,898 bp和15,498 bp以上（部分非编码区没有测定）。 本研究发现凡纳滨对虾、中国明对虾、脊尾白虾和太平洋磷虾的线粒体基因组包含后生动物线粒体基因组典型的基因组成（13个蛋白质编码基因、22个转运RNA、2个核糖体RNA和一个非编码的AT富含区）；然而，南极磷虾与后生动物线粒体基因组典型的基因组成相比，存在1个trnN基因的重复。与泛甲壳动物线粒体基因组的原始排列相比，凡纳滨对虾和中国明对虾线粒体基因组的基因排列完全一致；脊尾白虾的线粒体基因组发生罕见的trnP和trnH易位，从而说明在真虾下目中线粒体基因组的基因排列并不保守；太平洋磷虾线粒体基因组的基因排列出现3个转运RNA的重排 （trnL1、trnL2和trnW）；南极磷虾线粒体基因组的基因排列除了出现太平洋磷虾具有的这3个转运RNA重排之外，还有1个trnN的重复和1个trnI基因的重排。另外，在太平洋磷虾线粒体基因组最大的非编码区中存在一个154 bp×4.7的串连重复区域，如此大片段的串联重复区域（>150 bp）在软甲纲动物线粒体基因组中是首次报道。 目前所获得的线粒体基因组数据强有力地支持口足目、对虾科、真虾下目和短尾下目为单系群。通过比较基因排列及蛋白质编码基因核苷酸和氨基酸序列的系统发育分析得知真虾类和龙虾类为腹胚亚目的原始类群，并支持“（（Penaeus＋Fenneropenaeus）＋Litopenaeus）＋Marsupenaeus”的系统发育关系。此外，线粒体基因组的数据也强有力地支持磷虾目为单系群。但对于磷虾目在软甲纲中的分类地位及与其它类群的系统发育关系存在一些分歧：基于蛋白质编码基因核苷酸和氨基酸数据的贝叶斯分析强有力地支持磷虾目和十足目近缘，这个结果和传统的分类系统完全一致；然而，基于核苷酸序列的邻接法、氨基酸序列的邻接法和最大似然法均强有力地支持磷虾类和对虾类亲缘关系较近，从而破坏了十足目的单系性，与传统的认识并不一致，但由于自展值的支持率非常高，所以深层次的分析需要进一步加强。 星虫动物属于海洋生物中的一个小门类，自1555年被记载以来，其在后生动物中的分类地位就备受争议。本研究测定了星虫动物门的第一条线粒体基因组：革囊星虫Phascolosoma esculenta的线粒体基因组，全长为15,494 bp，包含13个蛋白质编码基因、22个转运RNA、2个核糖体RNA和1个非编码的AT富含区，所有37个基因在同一条链上编码。与后生动物线粒体基因组的典型组成相比，存在一个trnR基因的缺失和一个trnM基因的重复。比较星虫动物和其它后生动物的线粒体基因组，可以得到以下结论：1）星虫动物和环节动物（包括螠虫动物）的线粒体基因组有相近的基因排列，而且所有基因都在同一链上编码；2）基于蛋白质编码基因的系统发育分析强有力地支持星虫动物和环节动物（包括螠虫动物）组成一个单系群，而将软体动物排除在外。因此，本研究认为以前许多星虫动物和软体动物“共享”的特征，包括发育特征和缺乏分节等，需要重新考虑。

扇贝、对虾基因组BAC文库构建及其重要功能基因的初步筛选和分析

基因组大片段BAC文库是进行生物遗传学和基因组学研究必不可少的基础工具。为了深入开展栉孔扇贝（Chlamys farreri）和凡纳滨对虾（Litopenaeus vannamei）基因组学研究、阐明其基因组的结构与功能、图位克隆重要功能基因、构建高密度物理图谱并最终实现与已有遗传连锁图的整合，本研究在植物基因组BAC文库构建技术的基础上，针对海洋生物的特点进行了大胆的改革与尝试，最终成功构建了C. ferrari和L. vannamei两种重要海水养殖动物的基因组BAC文库。 本文构建的栉孔扇贝基因组BAC文库，由BamHI文库和MboI文库构成。其中BamHI文库含有73,728个BAC克隆，空载率约为1%，平均插入片段约为110 kb，覆盖栉孔扇贝单倍体基因组约8倍；MboI文库共有7,680个克隆组成，平均插入片段大小约为145 kb，插入率为100%，覆盖栉孔扇贝单倍体基因组约1.1倍。两个栉孔扇贝基因组BAC文库共由81,408个克隆组成，平均插入片段约为113 kb，覆盖率约为栉孔扇贝单倍体基因组大小的9.1倍。 将栉孔扇贝基因组BAC文库的192个384微孔培养板中的73,728个BAC克隆以4 x 4点阵形式制备了高密度DNA薄膜，用于对感兴趣的基因及DNA序列的筛选。高密度DNA薄膜的覆盖率约为栉孔扇贝单倍体基因组的8.3倍。针对栉孔扇贝先天免疫系统通路的6个重要功能基因，根据栉孔扇贝cDNA序列以及异缘物种DNA序列设计了Overgo探针。利用Overgo探针对高密度DNA薄膜杂交筛选的结果显示，平均每个基因检测到7.3个潜在阳性克隆。 本研究所构建的凡纳滨对虾基因组HindIII酶切BAC文库共有102,528个BAC克隆，存放于267个384微孔培养板中，平均插入片段大小约为101 kb，空载率约为5%，覆盖L. vannamei单倍体基因组约5倍。将其中240个384微孔培养板中的92,160个BAC克隆以4 x 4的矩阵排列形式制作了5张高密度凡纳滨对虾DNA薄膜，约覆盖整个对虾单倍体基因组的4.5倍。针对6个与对虾免疫、生殖生理有关的重要功能基因设计了Overgo探针，杂交筛选出20个阳性克隆，平均每个基因有3.3个潜在阳性克隆。 以上筛选结果不仅为进一步研究这些功能基因的结构与功能、表达与调控，揭示它们在扇贝和对虾以及其他近缘种的免疫系统、抗逆和生殖生理过程中的作用机理打下了基础，同时也间接验证了栉孔扇贝和凡纳滨对虾基因组BAC文库将成为基因筛选、基因的结构与功能分析、基因图位克隆、物理图谱构建以及大规模全基因组测序等方面的有力工具。