虾夷扇贝Prop1基因功能及表达调控研究

Prop1 is pituitary specific transcription factor in vertebrate where it plays critical roles in pituitary development and animal growth. Recently we found that in invertebrate scallop which is lack of brain and pituitary, the Prop1 gene was associated with growth and only expressed in cerebroganglion of adult scallop, implying the ancient evolutionary origin of pituitary development and the involvement of Prop1 in growth regulation of scallop. In this project, the following studies will be performed to analyze Prop1 function and expression regulation in scallop, which could be helpful to improve our understanding in the evolution of pituitary development and also benefit the molecular breeding of scallop aiming to growth improvement: analyzing the expression pattern of Prop1 gene during Yesso scallop development and in the adult tissues, and characterizing the cells where Prop1 is expressed; identifying proteins and genes interacting with Prop1, analyzing the expression patterns of these genes, and revealing the relationship among these genes and Prop1 with respect to their tempospatial expression patterns; screening variants in Prop1 gene, and analyzing the association of the variants with scallop growth and the expression of Prop1 and the related genes; studying the expression regulation and functions of Prop1 in scallop growth and development.

Prop1是脊椎动物垂体特异性转录因子，对垂体发育和动物生长均具有关键调控作用。我们通过前期研究，在缺乏大脑和垂体结构的无脊椎动物扇贝中，发现Prop1与生长相关，且在成体扇贝中该基因只在脑神经节表达，暗示脊椎动物垂体发育及其对生长的调控可能有古老的进化起源。本项目将在此基础上，进一步研究扇贝Prop1基因的表达调控机制及其在扇贝生长发育中的功能，以期为深入理解脊椎动物的垂体起源以及Prop1基因在高产扇贝育种中的应用价值提供理论参考。项目主要研究内容包括：分析Prop1基因在虾夷扇贝发育过程中和成体组织中的表达特征，以及表达该基因的细胞特征；获得与Prop1互作的蛋白和基因，分析相关基因的表达特征，以及Prop1及其互作蛋白和基因的时空表达关系；筛查Prop1基因变异并分析基因变异与扇贝生长性状以及基因表达间的关联；分析Prop1在扇贝生长发育中的功能及其表达调控机制。

Prop1是脊椎动物垂体特异性转录因子，对垂体发育和动物生长均具有关键调控作用。我们通过前期研究，在缺乏大脑和垂体结构的无脊椎动物扇贝中发现有Prop1基因，暗示脊椎动物垂体的发育调控及其功能可能有古老的进化起源。为进一步理解扇贝中Prop1可能调控的基因和生物过程，本项目开展了以下研究：1）发现虾夷扇贝Prop1基因有两个转录本，都在神经节特异表达，且集中在神经细胞层表达。2）通过表达扇贝Prop1蛋白、制备抗体、开展CHIP和亲和分析，首次在缺乏Prop1经典下游靶基因Pit-1的无脊椎动物中，找到了Prop1的另一个候选靶基因——POU6，进一步通过实验验证了虾夷扇贝Prop1能够与POU6基因启动子结合，并且确定其结合位点有3个，我们同时还利用酵母双杂交技术鉴别到POU6的结合蛋白FKBP12，上述发现为理解无脊椎动物神经内分泌系统的发育调控以及脊椎动物垂体发育起源提供了重要线索。3）扇贝POU6基因也在神经节的神经细胞胞体层表达。进一步的基因组筛查发现，虾夷扇贝具有近乎完整的调控高等动物神经内分泌细胞分化的关键基因，且都在神经节高表达，提示扇贝可能具有与脊椎动物相似的神经内分泌调节系统和功能。4）脊椎动物垂体甲状腺刺激素（Thyrostimulin）β亚基的编码基因GPHB5在扇贝神经节中高表达，且表达量与生长性状显著相关，表明Prop1参与调控的激素分泌系统可能在缺乏大脑和垂体结构的无脊椎动物扇贝中也具有调节生长的作用。