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miR-200a/-200b及其靶基因Leptin对黄颡鱼性别大小二态性的潜在贡献

期刊:Frontiers in PhysiologyDOI:10.3389/fphys.2017.00970

本文档属于类型a,即报告了一项原始研究。以下是针对该研究的学术报告:

研究作者及机构

本研究的主要作者包括Jin Zhang、Wenge Ma、Yan He、Farman U. Dawar、Shuting Xiong和Jie Mei。研究团队来自华中农业大学水产学院,农业部淡水水产繁育重点实验室,以及巴基斯坦Kohat科技大学的动物学系。该研究于2017年11月30日发表在期刊《Frontiers in Physiology》上。

学术背景

该研究的主要科学领域是水生生理学,特别是鱼类性二型(sexual dimorphism)的分子机制。性二型是指同一物种中雄性和雌性在体型、颜色、生理和行为上的系统性差异。在许多养殖鱼类中,雄性和雌性的生长速度不同,导致性二型现象。黄颡鱼(Pelteobagrus fulvidraco)是一种典型的性二型鱼类,雄性生长速度显著快于雌性。然而,性二型的分子机制尚不明确。本研究旨在探讨miR-200a/-200b及其靶基因瘦素(leptin, Lep)在黄颡鱼性二型中的潜在贡献。

瘦素是一种调节能量平衡的激素,通过调节摄食来维持能量稳态。miR-200家族是一类高度保守的小非编码RNA分子,通过结合靶基因的3’非翻译区(3’UTR)来抑制基因表达。已有研究表明,miR-200家族在调控鱼类体型和生长中发挥重要作用。本研究通过检测瘦素及其功能受体(Lepr)在黄颡鱼幼虫发育过程中的表达,探讨了miR-200a/-200b和瘦素在性二型中的潜在作用。

研究流程

本研究包括多个步骤,详细流程如下:

  1. 动物与样本处理
    研究从华中农业大学育种中心获取了10条雄性和10条雌性性成熟的黄颡鱼,进行人工受精。幼虫和幼鱼的不同阶段在实验中被处理和采样。实验设计包括短期禁食和性激素处理。禁食实验中,黄颡鱼在25-26°C的充气水中养殖,分为禁食组和正常喂养组。性激素处理实验中,4天大的幼虫分别用含有17α-甲基睾酮(MT)的饲料喂养,对照组则用普通饲料喂养。每周采集样本,持续4周。

  2. 总RNA提取与cDNA合成
    使用Trizol法从黄颡鱼样本中提取总RNA,并通过逆转录合成cDNA。RNA的质量和浓度通过Nanodrop 2000测定,RNA完整性通过电泳评估。

  3. 基因表达的定量分析
    使用定量荧光RT-PCR(qRT-PCR)检测基因表达水平。β-actin作为内参基因,引物通过Primer Premier 5.0软件设计。qRT-PCR反应条件包括95°C预变性30秒,随后进行40个循环的95°C变性10秒、58°C退火10秒和72°C延伸15秒,最后在72°C延伸5分钟。数据通过2^-ΔΔCt方法分析。

  4. 细胞转染与荧光素酶报告实验
    为了验证瘦素是否为miR-200a/-200b的靶基因,研究将瘦素基因的3’UTR片段插入pmirGLO质粒中,并进行位点定向突变。Hela细胞被瞬时转染野生型或突变型质粒以及miRNA模拟物或阴性对照。转染24小时后,使用双荧光素酶报告系统测量荧光素酶活性。

主要结果

  1. 瘦素及其受体在幼虫发育中的表达
    qRT-PCR结果显示,瘦素(Lep)和瘦素受体(Lepr)在雄性幼虫中的表达显著低于雌性,尤其是在孵化后1-3周。miR-200a和miR-200b的表达则显著高于雌性,表明miR-200a/-200b可能通过抑制瘦素表达来调控性二型。

  2. 瘦素是miR-200a/-200b的靶基因
    荧光素酶报告实验证实,miR-200a/-200b能够直接结合瘦素基因的3’UTR,并抑制其表达。突变miR-200a/-200b的结合位点后,这种抑制作用消失,进一步证实了瘦素是miR-200a/-200b的靶基因。

  3. 禁食对瘦素及其受体表达的影响
    短期禁食显著降低了瘦素和瘦素受体的表达,尤其是在雄性黄颡鱼中。miR-200a/-200b的表达在禁食后显著增加,表明禁食可能通过上调miR-200a/-200b来抑制瘦素表达。

  4. 性激素处理对瘦素及其受体表达的影响
    MT处理显著降低了瘦素和瘦素受体的表达,尤其是在雄性黄颡鱼中。miR-200a/-200b的表达在MT处理后显著增加,表明性激素可能通过上调miR-200a/-200b来抑制瘦素表达。

结论

本研究揭示了miR-200a/-200b及其靶基因瘦素在黄颡鱼性二型中的潜在作用。结果表明,miR-200a/-200b通过抑制瘦素表达来调控性二型,禁食和性激素处理进一步增强了这种调控作用。这一发现为理解鱼类性二型的分子机制提供了新的视角,并为鱼类养殖中的性别控制提供了潜在的理论依据。

研究亮点

  1. 重要发现
    本研究首次揭示了miR-200a/-200b通过抑制瘦素表达在黄颡鱼性二型中的调控作用。

  2. 方法新颖性
    研究使用了荧光素酶报告实验验证了miR-200a/-200b与瘦素的直接相互作用,提供了可靠的分子机制证据。

  3. 研究对象的特殊性
    黄颡鱼作为一种典型的性二型鱼类,其性二型机制的研究具有重要的理论和应用价值。

其他有价值的内容

本研究还探讨了禁食和性激素处理对miR-200a/-200b和瘦素表达的影响,为进一步研究环境因素对鱼类性二型的调控提供了新的思路。

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