葡萄糖转运体-4介导的盐度缓解刀鲚应激猝死机制

In this study, Coilia nasus is the main object and we focused on the experimental result that stress induced death are significantly relieved by salinity. Biochemical, genetics and molecular biology research methods are used to study the mechanism for salinity relieving stress-induced sudden death which mediated by GLUT4 in Coilia nasus. The research work are carried out in the following three aspects. The first one, study of how different types ion, osmotic pressure and salinity regulate the expression of GLUT4 mRNA and protein, identify the optimal type and concentration for the regulation. The second one, using the optimal type and concentration, GLUT4 expression will be adjusted to the highest level and non regulation group is used as control, then pathways to salinity stress relieve sudden death by GLUT4-mediated are explored through the comparative transcriptome and metabolomics technology. The third one, GLUT4 are knocked out and over expressed in the model animal-zebrafish, then sutdy the response of the important pathways which were explored in the second one, which could verify the function of GLUT4 in the relieving of stress induced tissue injury and dysfunction by salinity. This study not only provids new target genes for anti-stress breeding in C. nasus, but also provides new ideas for the sudden death induced by stress in human.

本项目以长江刀鲚为主要研究对象，针对盐度可以显著缓解刀鲚应激猝死的实验现象，运用生物化学、遗传学和分子生物学的多种手段，研究GLUT4介导的盐度减缓刀鲚应激猝死的机理。研究工作从以下三个方面开展：⑴ 研究不同离子类型、渗透压、盐度对GLUT4 mRNA和蛋白的调控规律，确定最适调控类型和浓度；⑵ 应用筛选的调控类型和浓度，将GLUT4的表达调整到最高水平，以不调控组作为对照，通过比较转录组和代谢组学的技术，发掘GLUT4对盐度缓解应激猝死的介导途径；⑶ 在模式动物斑马鱼中，分别构建GLUT4敲除和过表达模型，并在这两个模型上研究上述筛选出的重要通的应答规律，验证盐度-GLUT4-心脏等组织器官损伤和功能障碍的调控作用。本研究不仅可以为人类的应激猝死研究提供新思路，也可以为刀鲚的抗应激遗传育种提供靶标基因。

针对盐度可以显著缓解刀鲚应激猝死的实验现象，本项目以长江刀鲚为主要研究对象，运用生物化学、遗传学和分子生物学的多种手段，研究了GLUT4介导的盐度减缓刀鲚应激猝死的机理。本项目实施过程中，严格按照研究计划实施，对照项目合同书规定的内容，完成预定的研究工作。主要研究工作如下：(1)完成了刀鲚全基因组框架图，根据刀鲚全基因组序列及全长转录组数据，获得了刀鲚和斑马鱼GLUT4基因的DNA和mRNA序列；(2)研究了NaCl、KCl、CaCl2和山梨醇对刀鲚应激猝死的调控，明确了NaCl抗应激作用的最佳浓度(1.0%- 1.5%)及1.0%盐度缓解刀鲚应激猝死的关键因素；通过比较等浓度NaCl、KCl、CaCl2、MgCl2、山梨醇、海水晶混合物对刀鲚GLUT4 mRNA的调控作用，明确了离子、盐度和渗透压对刀鲚GLUT4 mRNA表达的调控规律；(3)采用三代全长转录组结合二代转录组技术，开展了刀鲚应激猝死相关功能基因和信号通路的筛选，筛选出了11条刀鲚应激猝死相关的信号通路，重点开展了Glo1和POMC基因在应激调控过程中的功能研究；(4)应用CRISPR/Cas9技术介导Glo1基因的敲除，获得了斑马鱼Glo1敲除品系F2代纯合子，并检测了敲除品系幼鱼脑Glo1mRNA表达量、乙二醛和甲基乙二醛含量；(5)开展了肠道微生物对鱼类应激的调控作用研究；开展了刀鲚脑在升盐与冷应激的作用下的转录组分析，揭示了刀鲚洄游中脑内的关键通路；开展了氨氮胁迫及清水恢复后刀鲚稚鱼和幼鱼转录组测序分析，揭示了氨氮对刀鲚仔鱼和幼鱼毒性的不同机制；运用转录组比较分析了刀鲚开口期前后代谢转变，揭示了刀鲚仔鱼在开口阶段代谢转变的分子机制，以上研究结果不仅为刀鲚的抗应激遗传育种提供靶标基因，也可以为人类的应激猝死研究提供新思路。发表学术论文 7篇，其中 SCI 论文 6篇； 培养毕业研究生 4 人，博士在读1人。