中国明对虾病原检测新方法及酚氧化酶通路相关基因的研究

对虾病害在世界范围内肆虐，给水产养殖和沿海农村经济造成了重大损失。在水产养殖的实践中快速检测水产动物的病害并及时采取隔离等措施对于控制病害尤为重要，其中关键的环节就是快速检测出病害，并在对虾免疫机制上寻找对虾疾病防治的有效方法。研究表明当对虾等甲壳动物受到外界病原刺激时，极微量的微生物多糖就可以激活proPO系统。激活过程中涉及和产生一系列活性物质，如黑色素、酚氧化酶原激活因子（PPA）、模式识别蛋白（BGBP、PGBP、LGBP、LBP）及其膜上受体和A2巨球蛋白等，它们可通过多种方式参与防御反应，包括提供调理素，促进血细胞吞噬作用，形成结节或包囊以及介导凝集和凝固，产生杀菌物质并且黑色素化。黑色素常常在节肢动物的体表形成黑色斑点，形成的色素沉着对机体起到保护作用。所以，酚氧化酶原激活的级联反应是节肢动物免疫的关键因素。本论文研究开发了以环等温介导技术（LAMP）为基础的检测对虾白斑病毒（WSSV）和鳗弧菌（V. anguillarum）的快速检测方法。并从对虾对病害的免疫机制为切入点，从中国明对虾体内克隆了酚氧化酶原（PrpPO）和丝氨酸蛋白酶FcSP3这两个免疫系统中重要的基因，分析了它们的分子结构特征，组织分布及应答鳗弧菌病原刺激的表达变化模式。 建立的对虾常见病害对虾白班病毒（WSSV）和鳗弧菌（V. anguillarum）的LAMP检测方法，经过实验比对和Blast检索，发现本研究中使用的引物，比已经报导的LAMP方法或者PCR方法具有更宽的检测范围（更低的假阴性）。检测WSSV的LAMP方法使用病毒的VP28基因设计引物，而鳗弧菌的检测方法使用empA基因设计引物。在方法中，首次提出加入UNG酶和dUTP的措施来预防污染，在实际检测中非常有效。LAMP方法与PCR检测方法的灵敏性比较也进行了研究，二者灵敏性相当。 依据中国明对虾血液cDNA文库提供的部分片段信息，结合SMART-RACE技术，克隆了酚氧化酶原（PrpPO）基因，通过序列比对分析发现，PrpPO基因cDNA全长为3040 bp，其中开放阅读框2061 bp，编码686个氨基酸，其中推测的信号肽为12个氨基酸。推测的序列与斑节对虾（P. monodon）同源性为93%,与短钩对虾（P. semisulcatus.）同源性为92%。real time RT-PCR实验结果表明， ProPO在血细胞中的相对表达量最高，肝胰脏中表达量最低。弧菌刺激实验中注射弧菌，刺激了血细胞和淋巴器官中的ProPO mRNA显著增加，说明在血细胞和淋巴器官中存在快速反应的ProPO通路。而ProPO mRNA量在淋巴器官中在时间上早于血液中升至最高，说明该动物在在病原刚开始入侵的时候先有淋巴器官发挥主要的免疫作用，随着时间推移血细胞便变成主要的免疫器官。 根据中国明对虾肝胰脏cDNA文库提供EST信息，经过SMART-RACE克隆了一个丝氨酸蛋白酶FcSP3基因，通过序列比对分析发现，该丝氨酸蛋白酶基因cDNA全长为1622 bp，其中开放阅读框1431 bp，编码477个氨基酸，其中推测的信号肽为22个氨基酸。推测的序列与疟蚊的丝氨酸蛋白酶（A. gambiae）同源性为33%,与丽蝇蛹集金小蜂的酚氧化酶原激活因子（N. vitripennis）同源性为32%，与东北大黑鳃金龟的酚氧化酶原激活因子（H. diomphalia）同源性为34%。淋巴器官中PPAⅡ表达量约为血液中表达量的47560倍，肝胰脏中的FCSP3表达量为血细胞表达量的6226倍。鳗弧菌注射对虾后，淋巴器官中刺激组和对照组FcSP3的mRNA量在刺激后6小时显著降低，但是刺激组的表达量明显高于对照组。刺激组的血细胞与肝胰脏中FcSP3 mRNA的相对表达量增高。而病原刺激后的血液与肝胰脏中的FcSP3 mRNA的增长趋势也在时间上先与ProPO mRNA。这说明FcSP3对ProPO有正调控的作用，但这个调控有一个时间差，并且在不同组织中有不同的调控效率。

Ecdysteroid-responsive genes: E75 and Retinoid X Receptor (RXR), essential molt-regulating genes in the shrimp, Fenneropenaeus chinensis

本论文主要研究两种重要的调节蜕皮过程的基因—蜕皮激素效应基因E75和RXR在中国明对虾蜕皮中的作用。利用RT-PCR和RACE技术获得了编码FcE75和FcRXR的全长cDNA序列。FcRXR包含7个内含子，在对虾中存在不同的异形体，命名为RXR-1和RXR-2。应用荧光实时定量PCR分析表明FcE75和FcRXR基因在中国明对虾蜕皮前期（D3）其转录表达量明显上调。另外，FcE75和FcRXR基因在不同组织中的转录表达存在明显的差异。利用FcE75和FcRXR基因的双链RNA注射对虾能有效降低FcE75和FcRXR的表达水平。FcE75和FcRXR的体内沉默完全抑制了对虾的蜕皮过程，并且引起对虾的死亡。对不能正常蜕皮个体进行观察的结果表明，FcE75沉默的对虾，其上皮的收缩、新的刚毛及新表皮的形成均收到限制。在FcE75双链RNA沉默后的对虾中，我们检测了与蜕皮相关的一些效应因子，如chitinase等的转录，发现这些效应因子的转录明显受到抑制，说明FcE75和FcRXR在蜕皮过程中起到非常重要的作用。本论文首次阐明了这些基因在十足目甲壳动物蜕皮过程中的功能。

牙鲆成肌因子myogenin和MRF4的研究

本文从牙鲆中克隆到其肌肉调节因子myogenin和MRF4的基因，并对它们的表达、启动子活性及功能进行分析。 研究结果表明牙鲆myogenin和MRF4都由三个外显子和两个内含子组成，其cDNA编码的氨基酸序列分别与几种鱼类的同源基因亲缘关系较近。 原位杂交显示最早在胚胎5-6个体节时体节中部的细胞检测到myogenin的表达，随着发育的进行，它的表达向体节两侧和体后延伸，最后在整个体节表达。当发育到30个体节的时候，在躯干的表达迅速下降，只在胚胎的尾部能检测到信号。 RT-PCR的结果显示，MyoD和Myf5的表达要早于myogenin，而MRF4的表达晚于myogenin，并且myogenin、MRF4只在成鱼的肌肉中表达，这进一步证明其在肌肉发育过程中的作用。 myogenin和MRF4的启动子中含有保守的肌肉特异调控序列，瞬时表达分析的结果证实两段启动子序列足以驱动GFP在斑马鱼胚胎肌肉中的特异表达。首次对鱼类MRF4启动子进行了调控序列的分析，发现在启动子的-181到-506的序列中含有调节MRF4表达的必需位点。 首次应用原核表达系统对MRF4蛋白进行重组表达，并利用纯化的重组蛋白制备多克隆抗体，通过western杂交分析显示所得到的MRF4多克隆抗体能够识别牙鲆内源性的MRF4蛋白。

斑马鱼肌肉发育相关基因克隆、表达与功能分析

本文主要研究在斑马鱼胚胎发育过程中参与肌肉发育的相关基因，克隆了四个在体节和肌肉中表达的基因全长，分析了基因的时空表达特征，并对其中两个基因进行了过表达，分析其在体节形成和肌肉发生过程中的功能。 从斑马鱼中克隆到甲状腺激素受体相关蛋白基因TRAP150。原位杂交分析TRAP150表达在近轴细胞的慢肌和体节的快肌，表达模式与MyoD的模式相近；并表现出肌肉特异性表达，TRAP150在体节形成和肌肉发生早期高水平说明TRAP150在肌肉分化过程发挥着重要的作用。此外，在胚胎的心脏中也检测到TRAP150的表达。在斑马鱼胚胎过量表达TRAP150造成MyoD在近轴中胚层的过量表达，而对MyoD在近轴细胞的表达影响不明显；由于MyoD在近轴中胚层的表达将诱导快肌的形成，因此过量表达TRAP150将可能导致快肌的增多；从过量表达的结果分析，TRAP150在MyoD的上游正向调控MyoD的表达，是诱导快肌的分化的重要基因。 从斑马鱼中克隆到双特性酪氨酸调控激酶新基因DYRK2。RT-PCR结果表明DYRK2具有母源性表达的特点，并且在36小时前各个时期都有表达。DYRK2在体节形成后表达在体节的近轴细胞中，大约在15个体节时检测到在快肌部位表达，18小时后在胚胎肌肉组织、脑部以及眼睛表达。DYRK2在斑马鱼胚胎发育过程中与体节和肌肉发生相关的基因之一，并可能参与脑和眼睛的发生。在斑马鱼胚胎中过量表达DYRK2导致肌肉标记基因MyoD的表达出现了很大的变化，注射侧MyoD在近轴细胞和近轴中胚层过量表达，尤其是在未形成体节的体节前体中胚层，注射侧的MyoD有大范围的高表达，而在正常一侧没有表达。MyoD的过量表达说明斑马鱼胚胎早期DYRK2通过调控MyoD的表达影响慢肌的分化。 克隆得到斑马鱼的血细胞生成的PBX1互作蛋白基因HPIP1。RT-PCR结果表明HPIP1在斑马鱼胚胎表达具有母源性，但是原位杂交的检测一直到10个体节时才检测到，说明HPIP1一直到肌肉分化后才大量表达，可能在肌肉的成熟阶段起作用。当胚胎发育到18小时，HPIP1表达在所有体节中，前端的较早形成的体节中表达量比晚形成的体节表达量高，也符合HPIP1参与肌肉成熟过程的判断。HPIP1还表达在胚胎的眼部周围，说明HPIP1可能参与到眼部肌肉的形成。 在斑马鱼中克隆的Chp-1相似蛋白基因CHORDC1。在3个体节时，CHORDC1表达在脊索两侧的近轴细胞中，而在5个体节时CHORDC1在表达在体节中，这个特点与MyoD的表达很相似，与MyoD在体节中表达不同的是，CHORDC1也在体节前体中胚层中表达，这与Myf5的表达特点相似，CHORDC1紧随着MyoD，Myf5的高表达说明CHORDC1在肌肉细胞的分化的早期即参与肌肉的发育，而其高表达量也说明CHORDC1在这个过程中可能起到非常重要的作用。CHORDC1在近轴中胚层的表达与MyoD，Myf5有不同的特点，这种不同表现在其在近轴中胚层的表达不仅仅限于快肌和慢肌，而且由后到前的逐渐扩展。而且，CHORDC1在心肌中也表达说明其不仅在骨骼肌中发挥作用。综合CHORDC1的表达特点可以认为其对肌肉的作用不限于特定肌肉类型，广泛参与到各种肌肉的发育过程

栉孔扇贝核心组蛋白的基因结构及H2A抗菌活性的研究

栉孔扇贝是我国传统的海水养殖品种，但自1997 年以来，养殖扇贝陆续爆发的大规模死亡，不但造成了巨大的经济损失，而且严重影响了该产业的健康发展。目前，虽然针对扇贝养殖环境、病原以及养殖技术等方面开展了大量的研究工作，提出了许多防病治病的措施，并取得了一定的成效。但由于引起养殖扇贝病害的病原和发病原因的多样性，大量使用抗菌素和农药后造成病原微生物抗药性的提高以及对环境造成的严重破坏，贝类养殖业要摆脱病害的困扰，必须开辟新的疾病防治途径。 从扇贝自身的免疫防御因子入手，筛选和克隆参与免疫防御的功能基因，尤其是一些新颖的具有抗菌活性的分子，对于深入探讨扇贝的免疫防御机制，指导扇贝的遗传改良和抗病品系的培育具有重要的意义；另一方面，可对抗菌效应物实现重组表达，开发新型的病害预防治疗制剂，取代目前普遍使用的抗生素和化学药物。抗菌效应物是机体在免疫应答过程中产生的多肽类物质，对侵入生物体内的细菌、病毒具有很强的免疫杀灭作用，对抗菌效应物的研究有助于深入了解机体先天性免疫防御的机制。 本研究在同源克隆策略的基础上，从利用构建的Genome Walking 文库中克隆到了栉孔扇贝核心组蛋白群的全长序列，该串联重复序列全长5671bp，包括各一个拷贝的组蛋白H4, H2B, H2A 和 H3。所有的核心组蛋白在3’侧翼序列均具有与其在细胞周期进化模式相关的特征结构，即两个不同的终止信号：发卡结构和至少一个多聚腺苷酸信号序列（AATAAA）。在5’区域的起始密码子上游37–45 bp处的保守的CAP位点（5’-PyCATTCPu-3’）存在于除H2B外的每一个基因中；规则的TATA 和CAAT元件也在核心组蛋白群中的个别的基因中找到。在H2B 和H2A基因的启动子区域，对于定位转录起始位点非常重要的元件（5’-GATCC-3’）也相对保守； 在H2B启动子区域存在着与其特征序列（5’-GGAATAAACGTATTC-3’）相似性很高的序列结构5’-GGATCGAAACGTTC-3’。增强子序列只发现存在于H4 和 H3基因中，其序列结构与组蛋白增强子序列(5’-TGATATATG-3’)基本匹配。在组蛋白基因群中存在着一些保守的序列和重复结构表明组蛋白基因的进化是采取“生与死的进化模 式”并伴随着强的纯化选择压力，使得该基因群变异较少以保持其基本功能。同时，利用18S rRNA做参照，探讨了H2A 和H2B作为分子系统进化分析的潜在分子标记，表明组蛋白H2A 和H2B可以作为分子系统进化分析得候选分子，它们在区分近缘种的分辨率上表现出了更高的灵敏度。该研究结果为进一步定性软体动物组蛋白重复单位提供了基础。 在脊椎动物中，组蛋白H2A通过特异性剪切其N末端产生新颖的抗菌肽的形式来参与宿主的免疫应答反应，在软体动物中是否存在同样的机制还未有研究报道。本研究利用上述克隆的H2A基因研究了其在病原胁迫下的表达变化规律并对其N末端39aa进行了重组表达和抗菌活性分析，以期为开发和利用软体动物的新颖的抗菌肽提供理论依据。半定量RT-PCR发现血细胞中H2A 的mRNA 在微生物感染前后的表达量没有任何显著的变化，表明H2A本身并不直接参与对病原的清除过程或者说病原微生物并不能诱导H2A的表达。因此，我们推测该基因可能象脊椎动物一样以前体形式存在，经剪切后参与宿主的免疫应答过程，为此我们研究了H2A的N末端的抗菌活性。通过将与脊椎动物buforin I同源的H2A的N末端39aa克隆到毕赤酵母表达载体pPIC9K实现了该基因N末端的重组表达。抑菌实验表明，重组产物具有广谱的抗菌活性，其对供试的革兰氏阳性菌藤黄微球菌表现出显著的抗菌活性，而对革兰氏阴性菌（鳗弧菌、亮弧菌）的抑菌活性则相对较弱；此外，重组产物对毕赤酵母GS115也表现出一定的杀菌活性，证明其具有抗真菌活性。上述研究结果证明组蛋白H2A的N末端是一种潜在的抗菌肽，但该抗菌肽是否参与机体的免疫应答过程需要进一步的深入研究。

利用基因枪和电穿孔仪将外源DNA转入中国对虾的初步研究

首次用基因枪的方法，以绿色荧光蛋白基因作为报告基因，和带有切割对虾白斑病病毒基因的核酶基因质粒pG DNA－RZ1导入中国对虾受精卵中，利用荧光显微镜分别对各个不同发育时期对虾幼体的处理组和对照组作了检测。绿色荧光蛋白在元节幼体和蚤状幼体中的瞬间表达强烈。用GFP引物对28尾经转基因处理过的中国对虾幼虾和次成虾做了PCR检测，有17尾显示阳性结果，PCR产物为700bp长度的片段，与阳性对照结果及GFP基因的长度一致。阴性对照未见上述片段。阳性率为60.7％。同时对中国对虾进行RT－PCR检测，结果也得到了与PCR检测大小一致的扩增片段，证实了外源基因的成功导入和表达。首次获得了转基因表达的中国对虾成体。利用电穿孔仪对中国对虾的转基因实验表明：电穿孔仪能够将外源基因导入中国对虾受精卵，并可观察到在处理的幼体中存在绿色荧光。在不同的脉冲电场电压下，虾卵的孵化情况有很大差异。虾卵的孵化率和脉冲持续时间呈负相关的关系。荧光显微镜对各处理组的无节幼体的镜检结果表明，能够明显显示绿色荧光的幼体十分少。在相对高压和短脉冲时间条件下，只得到个别幼体其绿色荧光强度明显强于对照组，但此时卵化率极低。本研究初步建立了转基因虾的操作方法。为今后虾类基因工程育种在生产实践中的应用奠定了实验基础。

中国明对虾体内凝结作用相关免疫基因的克隆与表达研究

对虾疾病在世界范围内的频频爆发，给地区经济造成了重大损失。然而到目前为止，我们对于对虾免疫系统的分子机制还知之甚少，深入了解其免疫应答过程，包括异物识别，信息传递以及作用方式等是从根本上解决疾病问题的关键之一。本论文从中国明对虾血细胞中分别克隆了一种C型凝集素基因（Fclectin）、参与凝结过程的谷氨酰胺转移酶基因（FcTG）以及参与凝结级联反应和酚氧化酶原激活系统的两种丝氨酸蛋白酶基因（SP-1和SP-2）和两种丝氨酸蛋白酶抑制剂基因（SPI-1和SPI-2），分析了它们的分子结构特征，预测了其可能的作用，并对它们的组织分布及应答不同病原感染的表达变化模式进行了研究。 首次从对虾中克隆了Fclectin基因，比对结果发现该基因属于C型凝集素超家族的成员之一；Northern blot和原位杂交结果显示，Fclectin基因在部分血细胞中呈组成型表达；利用毛细管电泳半定量RT-PCR方法分别研究了细菌和病毒感染后该基因的表达特征，并初步尝试了利用体外培养的原代血细胞系统研究LPS刺激后Fclectin的表达变化。该基因在感染或刺激后表达水平有明显的改变。 利用RACE技术从中国明对虾血细胞中克隆了一个FcTG基因，它与斑节对虾的谷氨酰胺转移酶基因有93%的相似性，可能编码一种具有活性的TG；原位杂交结果FcTG主要在血细胞中表达，在淋巴器官管腔的血细胞中表达尤为丰富，推断该基因可能主要在吞噬细胞中表达；病原的刺激未能使该基因的表达明显改变，但损伤（注射）的刺激会对其表达产生一定影响。 利用本组构建的对虾血液cDNA文库，克隆到了两个不同的丝氨酸蛋白酶基因，命名为SP-1和SP-2。前者为具有假clip结构域的胰蛋白酶样SP类似物（SPH），后者是一个具有完整的clip结构域的SPH，这在对虾中是首次发现。SP-1和SP-2都主要在血细胞中表达，此外SP-1在淋巴器官中的表达水平也很高；细菌的刺激对SP-1的影响不大，但会诱导SP-2表达量的增加，这两个基因的表达模式在病毒刺激后很相似，都出现先上调后下降的过程，可见病毒的感染会导致这两个基因转录的增强。 利用SMART-RACE技术结合对虾血液cDNA文库的利用，从中国明对虾血细胞中克隆到了两种SPI基因，它们分别为kazal-SPI和serpin-SPI，属于两个不同的家族。SPI-1与斑节对虾的SPI有76%的相似性，推断SPI-1可能主要对弹性蛋白酶、枯草杆菌蛋白酶、胰凝乳蛋白酶等有抑制作用；SPI-2为对虾中首次报道的serpin型抑制剂，它与淡水螯虾的serpin有42%的相似性，SPI-2可能主要对胰蛋白酶、酚氧化酶原激活酶、凝血酶和凝结酶有抑制活性。组织分别特征显示这两个抑制剂基因都在鳃、血细胞和淋巴器官中有高水平的表达。细菌的刺激都会导致这两个基因的表达在感染后出现下调，随后又上升至原有水平；病毒感染后，SPI-1和SPI-2的表达变化情况相似，感染后前12h基本没有明显的改变，到了感染的晚期（感染后24h和48h），随着病毒在体内大量复制，这两个基因的表达都急剧下降至接近基因关闭的状态，这可能暗示着与SPI相对应的蛋白酶的活力将很大程度的异常的增加，机体内稳定的免疫系统平衡状态可能已被破坏。

螺旋藻丝氨酸/苏氨酸激酶基因家族的克隆与表达分析

螺旋藻（Spirulina)，是丝状不形成异型胞的蓝藻，由于其所蕴涵的高品质营养成分而成为一属具有重要经济价值的微藻。丝氨酸/苏氨酸激酶（serine/threonine kinases，STK）系统在螺旋藻的信号转导中发挥了重要作用。螺旋藻生活环境复杂，其中温度是中国北方温带地区螺旋藻大规模养殖的主要限制性因素。本文克隆了一条螺旋藻STK基因，并初步从STK激酶基因家族的角度探索了螺旋藻对高温环境的适应。主要结果如下： 1. 构建了插入片段为1-2kb的螺旋藻基因组文库。基于该文库用简并引物PCR的方法得到了一条螺旋藻STK基因5'端长度为504bp的基因组序列。 2．以本实验室构建的螺旋藻基因组草图为基础，在基因组水平上研究了螺旋藻STK基因家族的特点。发现螺旋藻草图中STK基因家族共包含33个基因，这些基因基于蛋白结构域分析可以分为三大类群。序列保守性分析发现，螺旋藻STK激酶具有与真核STK激酶相同的保守域，此外螺旋藻STK激酶还具有特有的保守氨基酸。 3．在中国北方温带地区，螺旋藻大规模养殖的主要限制性因素是温度。由于北方地区温度较低，螺旋藻规模养殖普遍存在年养殖期较短的问题，造成设备浪费，若采用加温措施又增加养殖成本；而在夏季晴天中午，又存在高温胁迫的问题。跨膜蛋白是信号转导的第一阶段，因此我们设置了不同温度来诱导螺旋藻，对其中7个跨膜STK基因进行半定量RT-PCR分析，结果显示STK2103在不同温度下表达量不同，推测该蛋白参与了螺旋藻温度相关的信号转导过程。 本文将基础研究与实验验证相结合，为螺旋藻的信号转导研究提供了线索。

蓝藻与绿藻类胡萝卜素合成酶基因的比较基因组学及代谢调控研究

类胡萝卜素在生物体内具有重要的生理功能，其中虾青素是一类高附加值值的类胡萝卜素。本文通过比较基因组学和实验手段，探索了类胡萝卜素相关基因的转录调控，为类胡萝卜素的代谢工程奠定的了基础。 1、对已测序的18种蓝藻的类胡萝卜素合成基因进行了比较基因组学研究，发现除了Gloeobacter violaceus PCC 7421的类胡萝卜素合成途径是细菌型外，其余的蓝藻类胡萝卜合成途径均属于植物型。序列比对发现蓝藻中参与合成途径上游的酶基因在进化中保守性较高。研究还发现，一些类胡萝卜素合成酶在结构和功能上存在趋同或趋异进化，揭示它们进化上的多样性。 2、 通过比较基因组学分析，发现在集胞藻Synechocystis sp.PCC6803等几种蓝藻中，没有典型的番茄红素环化酶基因的同源基因，而存在着与绿硫细菌中的γ-carotene环化酶基因相似的基因,例如集胞藻中的sll0147和sll0659。但是研究结果显示sll0147和sll0659的突变对番茄红素环化过程影响不明显，提示在这些蓝藻中可能有其他基因参与环化过程，而sll0659基因可能参与了细胞的分裂过程。 3、 从经济绿藻雨生红球藻中克隆了参与类胡萝卜素合成途径的八氢番茄红素合成酶基因（psy）和八氢番茄红素脱氢酶基因（pds）的cDNA和基因组序列。通过基因组步移的方法克隆了这两个基因的5’侧翼序列，以本实验室建立的lacZ为报告基因的瞬间表达体系研究了这两个基因上游区域的启动子活性。 4、 通过ABA、 N饥饿和高光诱导雨生红球藻积累虾青素，利用半定量RT-PCR方法分析了在相同环境因子诱导下雨生红球藻中类胡萝卜素合成基因的表达调控模式，结果显示在虾青素积累过程中，除了番茄红素环化酶基因变化不明显，其他一些基因均存在明显的转录上调。 本研究首次利用比较基因组学的方法分析了类胡萝卜素基因的进化，发现大部分蓝藻的类胡萝卜合成途径属于植物型，一些类胡萝卜合成酶存在结构和功能的多样性。同时分离了雨生红球藻中类胡萝卜素相关基因八氢番茄红素合成酶基因（psy）和八氢番茄红素脱氢酶基因（pds）的5’上游侧翼序列，验证了它们的启动子功能，研究了雨生红球藻虾青素合成酶基因在相同环境因子诱导下的表达调控模式。本文将基础研究与实验验证相结合，为下一步研究类胡萝卜素合成的代谢工程提供了线索。

文昌鱼发育相关基因GDF8/11、ACTIVIN和NM23-Bbt2的克隆、表达及分子进化分析

文昌鱼是头索动物，被认为是现存的与脊椎动物最接近的无脊椎动物，经常被看作是分析从无脊椎动物到脊椎动物进化过程的一种重要的模式动物。在本研究中，我们克隆了青岛文昌鱼的GDF8/11、ACTIVIN和NM23-Bbt2基因，并对这些基因在不同胚胎发育时期和不同成体组织中的表达情况进行了分析，同时分析了这些基因的进化情况。 文昌鱼GDF8/11的基因组全长为9.9 kb，包括五个外显子和四个内含子，比其他物种多出两个外显子和两个内含子。在多出的第三个内含子中，我们分离出一个可能的转座因子，这表明这个内含子可能来源于转座子。文昌鱼GDF8/11 cDNA编码一个419个氨基酸的前体多肽，这个前体多肽与软体动物、硬骨鱼类、鸟类和哺乳动物的MSTN以及哺乳动物和斑马鱼的GDF11具有高同源性。系统分析表明文昌鱼GDF8/11位于脊椎动物MSTN和GDF11的根部，这个结果证实MSTN/GDF11来源于同一个祖先基因，并且文昌鱼GDF8/11可能就是他们的共同祖先，产生MSTN和GDF11的基因复制事件发生在脊椎动物分离之前和文昌鱼与脊椎动物分离之后或者分离时。RT-PCR结果表明GDF8/11基因在新受精的细胞、早原肠胚和刀形胚胎中表达，这与哺乳动物中的情况不同。这表明GDF8/11在文昌鱼中除了调节肌肉生长外还可能拥有其他的功能。 文昌鱼ACTIVIN的基因组序列长为6.1 kb，启动子大约长为447 bp，其基因组包括两个外显子和一个内含子，外显子/内含子边界严格遵守GT…AG的原则。文昌鱼ACTIVIN基因编码一个410个氨基酸的前体蛋白，前体蛋白包括信号肽、N-末端结构域和C-末端结构域。文昌鱼ACTIVIN基因演绎的氨基酸序列与脊椎动物比较发现ACTIVIN基因比较保守，特别是C-末端生物活性区。系统进化分析表明脊椎动物和无脊椎动物的ACTIVIN基因分别聚在一起，文昌鱼的ACTIVIN则位于脊椎动物ACTIVIN分支的根部，这表明文昌鱼ACTIVIN基因可能是脊椎动物ACTIVIN同源基因的祖先基因。 文昌鱼NM23-Bbt2 cDNA包括一个编码171个氨基酸的开放阅读框，序列分析表明文昌鱼NM23-Bbt2与其他物种高度保守，他们都包含高度保守的基元，并且这些基元在NM23的功能中扮演着重要的角色。RT-PCR分析表明文昌鱼NM23-Bbt2在所检测的组织和胚胎发育时期中的非特异性的表达模式。系统分析表明脊椎动物和无脊椎动物NM23-H2分别聚在一起，而文昌鱼NM23-Bbt2位于脊椎动物NM23-H2分支的根部，这表明文昌鱼NM23-Bbt2可能是脊椎动物NM23-H2同源基因的祖先基因。从无脊椎动物到脊椎动物的基因组结构比较表明五个外显子和四个内含子的基因组结构可能产生在文昌鱼与脊椎动物分离之前。

栉孔扇贝大规模死亡病原学研究

用平板画线法从患病栉孔扇贝（Chlamys farreri）体内分离到了一种原核生物（简称QDP）。QDP可以在改进的液体培养基MEM（含2.2%NaCl，5%小牛血清）和脑心浸液（含2.2% NaCl）中生长；菌落在显微镜下（150×）为无色、透明的小点状；革兰氏染色阴性；菌体为圆形或近似圆形。QDP在发育过程中有两种状态，一种为未成熟阶段，直径小于100nm；另一种为成熟阶段，直径变化很大，最小约60nm，最大可达4µm以上。较小的个体有拟核、核糖体和新月状的空泡，未见细胞壁；较大的个体有细胞壁，胞内大部分被空泡充满，未见拟核和核糖体。栉孔扇贝组织超簿切片电镜观查证实QDP的存在。QDP的密度随着生长发育时间的不同而有所变化，繁殖高峰期密度较大。 建立了密度梯度离心结合滤膜过滤分离技术，优化人工培养条件。最适生长温度为23℃，最适生长pH值为7.4，最适生长盐度相当于细胞培养液所需的盐浓度（0.85%NaCl）。 提取的QDP核酸能被RNase A 降解，且没有检测到DNA。以PCR、RT-PCR扩增其16SrRNA基因序列片段，PCR反应没有扩增出扩增子，而RT-PCR则扩增出了16S rRNA基因序列片段，经测定其序列全长度为1430bp，经与GENEBANK中的16S rRNA片段比较分析，与6种不同科的微生物的同源率最高的为95%-95.47%。 采用温度梯度和病原浓度梯度回归感染实验方法，较为系统地研究了QDP的致病性。研究结果表明：QDP对栉孔扇贝有强烈的致病作用，高温（23℃以上）是其致病的必要条件，证实DQP是栉孔扇贝大规模死亡的病原体之一。

海带蓝光受体及相关基因的研究

本研究中运用四种不用的方法提取海带孢子体RNA，通过对比分析，确定了采用CTAB提取液[2% (w/v) CTAB,100 mM Tris-HC1 (pH 8.0), 50 mM EDTA, pH 7.5, 2 M NaCl, 50 mM DTT]提取RNA的方法，该方法的主要改进之处： (1) 高浓度（50 mM）的 DTT作为防止多酚氧化的还原剂加入提取液中；(2) 1/4 体积的乙醇和 1/9 体积的3 M 醋酸钾（pH 4.8）用来沉淀去除多糖；(3) 1/10倍体积的3 mol/L醋酸钠（pH 5.0）和两倍体积的乙醇选择性沉淀RNA；(4) -80℃沉淀30 min沉淀RNA。CTAB改进法提取的海带孢子体RNA质量好（A260/280 =1.96±0.05)，产量高（68 μg/g），分离的RNA可用于RT-PCR反应，扩增相关基因片段。该方法提取海带配子体RNA效果也很好。 根据拟南芥(Arabidopsis thaliana)、 莱茵衣藻(Chlamydomonas reinhardtii) 、铁线蕨(Adiantum capillus-veneris)、转板藻(Mougeotia scalaris)和无隔藻(Vaucheria frigida)等的蓝光受体蛋白保守序列，设计一系列简并引物，进行RT-PCR扩增，筛选并克隆测序了4条序列片段，通过比对分析，所得序列与已知的蓝光受体基因序列不一致。在所获得的序列中，一条783 bp的序列与肌醇-1-磷酸合成酶基因的片段有较高的相似性，通过RACE法克隆出该基因的3’末端，5’末端克隆没有成功，全长序列有待深入分析。

红藻无性繁殖系的诱导及其发育机制的初步研

以红藻中的角叉菜（Chondrus ocellatus）、龙须菜（Gracilaria lemaneiformis）、真江蓠(Gracilaria asiatica)和海膜（Halymenia sinensis）为材料，观察了红藻幼苗的早期发育，通过组织培养构建无性繁殖系，并初步探讨了红藻无性繁殖系的发育及分化机理，为海藻无性繁殖系的获得提供理论基础和依据。 在室内进行了角叉菜的四分孢子和果孢子的细胞培养，并观察其早期发育过程。结果表明，四分孢子和果孢子的早期发育是相似的，可主要分为三个阶段：早期分裂阶段、盘状体阶段和直立体形成阶段。 切段组织培养表明，红藻无性繁殖系的获得主要通过两种途径：一种为切段组织经过培养可直接形成再生植株；另一种为切段组织经培养脱分化，诱导出愈伤组织或类愈伤组织，愈伤组织或类愈伤组织再分化，形成盘状体，盘状体继续发育即可形成再生植株。 通过切段组织培养，获得了龙须菜和真江蓠再生植株。在PES培养液中，添加6－BA（0.25 mg/L）对龙须菜切段组织再生新枝的诱导有促进作用，诱导率可高达84.4％，高浓度的IAA或6－BA（4 mg/L）对切段组织有损伤作用。实验证明伤口大小对切段组织再生新枝有影响，且伤口太大对再生新枝的形成不利。龙须菜的切段组织培养过程中表现出极性。 通过组织培养，诱导出海膜类愈伤组织—丝状体。添加植物生长调节类物质（IAA 和 6-BA）对海膜丝状体的诱导无促进作用。海膜切片在消毒海水中培养即可获得丝状体。海膜丝状体的外植体来源主要有两个：一是健康的藻体； 另一是盘状体，其丝状体的诱导率分别为80％ 和90％。筛选出了丝状体适宜的生长条件：13－23℃，10－15 μE•m−2• s−1，12h：12h（Light: Dark），其中18℃为最佳生长温度。高的光照强度（50 μE•m−2•s−1）对丝状体产生损伤作用。 红藻无性繁殖系的发育途径，根据其获得途径也有两种情况。经过切段组织培养直接获得的无性繁殖系，是切段切口处已分化的细胞表现其全能性，恢复分裂能力，再生新枝，切段表现出极性。极性的上端产生新枝，下端形成固着器，成为一个完整的植株。经过愈伤组织和类愈伤组织获得的无性繁殖系，是切口处已分化的细胞表现其全能性，经脱分化形成愈伤组织和类愈伤组织，附着在基质上后，再分化形成盘状体，按照孢子的早期发育途径，形成直立体幼苗。 通过SDS-聚丙烯酰胺凝胶电泳分析，对龙须菜正常藻体及无性繁殖系发育过程中蛋白的表达进行检测，检测出表达差异的蛋白质，推测这两个蛋白可能与龙须菜切段组织再生有关，其中30 KD的蛋白仅在再生新枝中表达，150 KD和125 KD的蛋白仅在正常生长的龙须菜和龙须菜切段的极性下端中表达。 根据高等植物中与萌芽、分生组织以及愈伤组织发育相关的基因序列保守区设计了五对特异引物，通过PCR和RT-PCR扩增检测及DNA测序分析，对红藻无性繁殖系早期发育相关的基因序列，进行了初步分析。

中国明对虾重要分子伴侣蛋白基因的克隆及表达研究

对虾养殖业的可持续发展面临着种质退化、病害严重和养殖环境恶化等问题的严重挑战。养殖环境恶化造成的环境胁迫，不但影响对虾的生长性状，而且导致对虾的抵抗力下降，更容易引发病害的发生。养殖环境恶化已经严重影响了对虾养殖业的健康可持续发展。本论文针对环境恶化造成的环境胁迫对对虾影响的分子机理进行了研究。 克隆了中国明对虾对环境胁迫应答的重要伴侣蛋白基因，包括钙网蛋白（FcCRT）、葡萄糖调节蛋白78 （FcGrp78）、热休克蛋白70（FcHsp70）和热休克蛋白90（FcHsp90）的全长cDNA，研究了这些基因的组织表达特征，并对这些基因在不同胁迫条件下的转录表达特征进行了分析。 钙网蛋白是一种多功能的内质网钙结合蛋白，负责蛋白折叠和糖蛋白修饰。本论文首次在中国明对虾报道了钙网蛋白FcCRT基因的全长cDNA序列，编码406个氨基酸，具有保守的N-，P-和C-功能域，以及信号肽和保守的HDEL内质网回收标签。FcCRT基因与其它物种的钙网蛋白具有高度的相似性，系统进化分析表明，FcCRT在亲缘关系上更接近昆虫的钙网蛋白。Northern blot和原位杂交结果显示，FcCRT基因在中国明对虾各组织中均有表达，且在卵巢中发育早起的卵母细胞中表达量最高，说明FcCRT很可能参与了卵母细胞的成熟。FcCRT基因在不同胁迫条件下，其转录表达均呈现明显的变化。在WSSV感染实验中，中国明对虾肝胰脏和淋巴器官中FcCRT转录表达均明显上调；热休克、重金属处理均可引起FcCRT基因转录表达的变化，但不同重金属处理引起FcCRT转录表达变化的模式不同。铜离子处理6小时，会引起FcCRT基因的下调表达，但在12小时之后出现明显上调；镉离子处理12小时后引起FcCRT基因的下调表达，但在24小时又出现明显的上调表达。 葡萄糖调节蛋白78（GRP78）是内质网重要的伴侣蛋白。中国明对虾的Grp78基因（FcGrp78）的cDNA全长为2325bp，编码665个氨基酸。FcGrp78具有三个Hsp70蛋白家族标签，并含有KDEL内质网回收标签。FcGrp78基因与中国明对虾已有的Hsc70和Hsp70具有高度相似性。Northern blot杂交结果显示FcGrp78基因在中国明对虾各组织中均有表达。FcGrp78基因在WSSV感染的中国明对虾肝胰脏中呈上调表达，在血细胞中下调表达，说明FcGrp78可能与对虾的免疫应答有关。热休克处理会诱导FcGrp78基因转录的上调。不同重金属离子胁迫引起的FcGrp78转录表达有所不同：铜离子处理可以诱导FcGrp78基因在处理后24小时的上调表达；镉离子的处理导致FcGrp78基因处理后12小时的下调以及处理后24小时的上调表达变化。短期低氧胁迫则抑制对虾FcGrp78基因的转录表达。 本论文报道的中国明对虾FcHsp90基因 cDNA全长2552bp，编码726个氨基酸，具有保守的N端功能域、中间功能域和C端功能域，具有五个保守的Hsp90蛋白家族标签，序列上与其他物种Hsp90相似性高。Real-time RT-PCR结果显示FcHsp90基因在发育的卵巢中表达量较高，说明Hsp90可能参与了对虾卵母细胞成熟过程中的蛋白合成和卵黄蛋白原的分泌。WSSV感染引起中国明对虾肝胰脏的FcHsp90的转录表达明显上调，说明FcHsp90很可能与对虾的免疫相关。热休克处理诱导FcHsp90基因转录表达的迅速上调。铜离子处理也可诱导FcHsp90基因转录的上调表达，而镉离子处理首先引起FcHsp90基因的下调表达，24小时后开始上调。低氧胁迫也会抑制FcHsp90基因在对虾体内的转录表达。 诱导型FcHsp70基因cDNA全长2511bp，编码629个氨基酸，具有三个保守的Hsp70蛋白家族标签和C末端EEVD序列。与其他物种的Hsp70蛋白具有高度的相似性。FcHsp70基因转录表达对于热休克处理和铜离子的处理非常敏感：热休克处理2小时后FcHsp70基因的转录水平是对照组的80倍；铜离子处理12小时FcHsp70基因转录表达达到对照组的15倍。而镉离子处理后没有诱导FcHsp70显著的上调表达。 以上研究结果为阐明对虾对环境胁迫应答的机制奠定了重要基础，并可为抗逆对虾的培育提供依据。

栉孔扇贝凝集素家族基因研究

栉孔扇贝是我国北方重要的贝类养殖品种。自1997年以来爆发的栉孔扇贝大规模死亡，给地区经济造成了重大损失并且已经严重威胁扇贝养殖业的健康发展。然而，到目前为止，对扇贝免疫防御的分子机理了解还很少，深入研究扇贝免疫应答的分子机制是认识和了解病害发生和实现病害控制的关键问题之一。本研究采用了EST大规模测序结合cDNA锚定扩增的方法，从栉孔扇贝cDNA文库中克隆到五个C－型凝集素基因，并对其中部分基因进行了深入研究。 C－型凝集素CFLec－1的基因全长1785bp，其中含有5’非翻译区66bp，随后是666bp的开放阅读框；最后一条非常长的3’非翻译区1040bp，其中包含多个多聚腺甘酸加尾信号和polyA尾巴。栉孔扇贝CFLec－1编码221个氨基酸的蛋白，其N末端为15个氨基酸的信号肽。CFLec－1的成熟肽为206个氨基酸，其等电点为5.12，计算分子量为23.49kDa。SMART程序分析显示，C末端130氨基酸是一个标准的长型C－型凝集素结构域，其中四个半光胺酸（Cys104，Cys177，Cys193，Cys202）形成的两对二硫键维持了C－型凝集素的空间结构，而位于N末端的两个二硫键（Cys74，Cys85）构成了长型C－型凝集素结构域特有的一对额外二硫键。同源性分析表明，CFLec－1的C－型凝集素结构域与红原鸡的甘露糖受体中的C－型凝集素结构域有47％的相似度，与大西洋鲑的C－型凝集素受体C有31％的相似度。通过与其他同源的C－型凝集素结构域序列比对，发现了可能的糖结合位点EPD基域（Glu169-Pro170-Asp171）。通过RT－PCR研究CFLec－1在扇贝不同组织中的分布后发现，在健康扇贝中，CFLec－1在性腺中有中等程度的表达，在腮中有少量表达，在血淋巴和外套膜中有微量表达。经热处死的鳗弧菌刺激后，CFLec－1在几乎所有检测组织中的表达量都有明显的提高，其中，血淋巴中的表达量变化最为显著。这些结果说明CFLec－1是组成/诱导型基因，并且可能参与了黏膜防御。通过RT－PCR分析了CFLec－1在血淋巴中的表达特征后发现，在革兰氏阳性菌溶壁微球菌和革兰氏阴性菌鳗弧菌刺激后，CFLec－1的表达均显著高于对照组，并且成明显的随时间变化趋势。在大肠杆菌中表达的重组CFLec－1可以凝集革兰氏阴性菌大肠杆菌JM109，且凝集过程需要钙离子的参与。重组CFLec－1对大肠杆菌JM109有较弱的抑菌活性，对溶壁微球菌有明显的抑菌活性，对鳗弧菌没有抑菌活性。这一结果说明，CFLec－1可能不仅参与对入侵微生物的识别过程，而且可能作为效应分子起到了直接杀灭入侵微生物的作用。 CFLec-2的cDNA全长为708bp，其5’UTR为59bp。3’UTR为217bp。 CFLec-2的开放阅读框为432bp，编码160个氨基酸残基,其中包含5’信号肽17个残基。CFLec-2的编码区中含有一个C-型凝集素结构域。利用本研究中构建的原核表达载体，CFLec-2的成熟肽在大肠杆菌中被成功表达。 mCFLec-1的cDNA全长为2257bp，5’UTR17bp，3’UTR为713bp。mCFLec-1的开放阅读框为1527bp，编码508个氨基酸残基，其中包含17个氨基酸残基的信号肽序列。mCFLec-1的编码区含有三个串联的C-型凝集素结构域。利用本研究中构建的原核表达载体，mCFLec-2的成熟肽在大肠杆菌中被成功表达。 mCFLec-2的cDNA全长2086bp。其5’UTR长为18bp，3’UTR长为238bp。开放阅读框均为1776bp，编码609个氨基酸残基，其中包含N末端由18个氨基酸构成的信号肽。mCFLec-2的编码区包含四个C-型凝集素结构域。mCFlec-3的cDNA全长1897bp，其5’UTR和编码区与mCFLec-2几乎完全相同，只有个别碱基的差异。mCFlec-3的3’UTR为49bp。 本研究从扇贝机体本身的免疫机制入手，深入探讨其免疫机理，为进一步研究信号传导，了解扇贝先天性免疫的机制，为制定合理的研制策略提供坚实的理论基础；丰富和发展海水无脊椎动物免疫学的内容，为控制养殖生物疾病提供了新的思路；进一步通过高低等生物之间功能类似分子的同源性比对，为解释和阐明先天免疫这种已经存在数十亿年，从低等生物开始到人类仍旧保留且更加完善的免疫系统的奥秘和本质提供证据。