Gas2基因在罗非鱼响应低温胁迫过程中的作用

Tilapia (Oreochromis niloticus) is one of the most important fresh water aquaculture fish in China. However, this species exhibits a poor tolerance against the low-temperature, which seriously restricts the development of the tilapia breeding industry. In order to improve the low-temperature tolerance of the target species, a large number of low-temperature stress responsive genes of tilapia were obtained by using RNA-Seq and DGE. Subsequently, a growth arrest-specific protein 2 gene(TLGas2) was obtained, whose expression at low temperature stress group was significantly higher than the control group. In this study, the transcription and translation patterns of Gas2 gene in different tissues of tilapia will be analyzed at different temperatures; and the function of the gene in response to low-temperature stress, will also be examined by using the Gas2 recombinant protein. Moreover, using the over-expression and RNAi, the cell morphology and the expression of the other genes related to Gas2 at low-temperature stress will be detected. The relative results may help clarifying the possible effects of Gas2 gene at low temperature stress in tilapia and elucidating the molecular regulatory mechanism of tilapia in response to the low temperature stress, which will also lay a theoretic foundation for breeding low temperature resistant variety and preparing gene products for low temperature resistance.

罗非鱼是我国重要的淡水养殖鱼类，其耐低温能力较差，在我国大部分地区不能自然越冬，养殖受到制约。如何提高其耐低温能力已成为罗非鱼增养殖产业发展所面临的重要待解决问题。本项目前期对不同温度处理的罗非鱼肝脏和小肠进行了转录组测序，并利用数字基因表达谱对基因表达变化进行了分析，筛选获得了一个在低温胁迫时表达水平极显著升高的与细胞凋亡相关的基因——生长抑制特异性基因2（Gas2）。在此基础上，本项目拟对罗非鱼Gas2基因在不同温度下，不同组织中的时空表达模式进行分析，并利用重组蛋白技术、过表达和RNAi的方法，分析在罗非鱼响应低温胁迫过程中，该基因对罗非鱼鱼体、细胞、相关关键基因等的影响，从而了解该基因在罗非鱼响应低温胁迫过程中可能的作用机制。研究结果可以进一步认识罗非鱼Gas2基因的功能，加深对罗非鱼响应低温胁迫分子机制的理解，而且为罗非鱼抗低温品种的培育及抗低温产品的研制提供理论指导。

罗非鱼（Oreochromis niloticus，tilapia），为温水性鱼类，其耐低温能力较差。因此，如何提高罗非鱼耐低温能力已成为其增养殖产业发展所面临的重要问题之一。目前，对于罗非鱼低温胁迫响应机制与细胞凋亡信号通路之间关系的研究尚未见报道，因而从细胞凋亡相关基因入手、并深入了解它们的功能特性，将会加深我们对罗非鱼在低温胁迫下的响应机制的理解。生长抑制特异性基因2（Growth arrest specific 2，gas2）编码蛋白是微丝系统的组成成分，主要在凋亡过程中起着调节微丝和细胞形态变化作用。本项研究克隆了罗非鱼gas2（TLGas2）基因序列及启动子区、检测了其启动子活性；在不同温度条件下，分析了不同组织中TLGas2基因转录翻译模式；并进一步研究了TLGas2基因在罗非鱼及罗非鱼肾脏细胞系在受到低温胁迫时的功能特性。结果表明，TLGas2基因的开放读码框(ORF)为1020 bp，5′非翻译区（5′- UTR）为140 bp，3′非翻译区（3′- UTR）为70bp，且具有poly (A)结构。其启动子活性最高在–3000到–2400 bp区域。亚细胞定位发现TLGas2基因成网状分布于细胞内。在罗非鱼肌肉，肝脏，脑等组织中TLGas2基因的mRNA及蛋白表达在罗非鱼受到低温胁迫时均明显发生变化；干扰或过表达Gas2基因均能显著改变罗非鱼肾脏细胞系中Gas2基因以及其相关基因P53等的mRNA表达水平，并显著改变罗非鱼肾脏细胞系在受到低温胁迫时的死亡、凋亡及增殖情况。此外，我们还克隆了罗非鱼免疫相关基因C型凝集素基因全基因及启动子区域，并对其在受到低温胁迫时的功能变化进行了分析，发现罗非鱼C型凝集素重组蛋白具有显著的凝集效应，其基因的表达翻译明显会受到低温胁迫的影响，说明低温胁迫下罗非鱼的免疫功能亦受到影响。最后，我们开展了几种天然植物提高罗非鱼耐低温特性的初步研究，结果发现3种实验天然植物都能对处于低温胁迫状态的罗非鱼起到一定的积极作用。