三角帆蚌机体生物矿化相关功能基因的筛选与鉴定

Hyriopsis cumingii is the preferred species of cultivating freshwater-pearl and have the important economic status in the pearl industry in China. Pearl cultivation is the source of the pearl industry chain, and the pearl formation and growth are the most important problems in the pearl breeding and pearl science. However, the researches of molecular basis and control mechanisms related to pearl formation and growth is lack at present. In this project, molecular mechanisms of biomineralization will be researched in Hyriopsis cumingii. The shell and pearl growth- and relgulation-related genes will were screened and identified using high-throughput sequencing and other's molecular biology means, molecular regulation pathways will be constructed. And then, the molecular mechanisms of the functional genes group will be analysed in the course of shell or pearl formation and mantle or visceral-mass breeding pearl from gene expression, protein and calcium deposits status. The interaction and effect on biomineralization of genes group will be studied by target gene knock-low and siRNA/RNAi technical, which probe biomineralization molecule hereditary basis and control mechanism. The program not only can promote further development of basic theory of pearl science, but also provide the basis for fine strain and breed improvement in the industry developing, innovation and development of pearl cultivation technology.

三角帆蚌是我国培育淡水珍珠的首选物种，在珍珠产业中占据重要的经济地位。珍珠养殖是整个珍珠产业链的源头，有关珍珠形成和生长是珍珠养殖和珍珠科学最为关注的问题，但目前对其分子基础和调控机制还缺乏研究。本项目将就三角帆蚌生物矿化的分子基础展开研究，利用高通量测序分析等分子生物学手段对参与贝壳和珍珠生长及调控的相关基因进行筛选和鉴定，并构建其分子调控通路，从基因表达、蛋白和钙沉积等入手透析筛选的相关功能基因群在壳-珍珠形成、外套膜育珠-内脏团育珠过程中的分子作用机制，对筛选到的关键功能基因采用靶基因敲低和过表达技术分析这些基因的相互作用和对生物矿化的影响，从而解析生物矿化的分子遗传基础和调控机制。该项目的开展不仅可以推动珍珠科学基础理论研究的深入发展，还可为产业发展中优良品种培育和改良、珍珠培育技术的创新及发展等提供依据。

三角帆蚌在我国珍珠产业中占据重要的经济地位，有关珍珠形成和生长是珍珠养殖和珍珠科学最为关注的问题，但目前分子基础和调控机制还缺乏研究。本项目就三角帆蚌生物矿化的分子基础展开研究，针对外套膜、内脏团育珠，及育珠进程，利用高通量测序分析等分子生物学手段对参与贝壳和珍珠生长及调控的相关基因进行筛选和鉴定。通过项目实施，构建了三角帆蚌转录组文库，拼接组装得到257457条Unigene，经7大数据库比对注释出223345个基因，通过GO功能显著性富集和KEGG Pathway显著性分析筛选出156个与钙代谢相关的同源比对率较高的基因。成功构建了10个clean reads 7M以上的电子表达标签（DGE）文库，与转录组注释序列mapping率都在90%以上，数据质量较高满足后续生物信息分析要求。通过基因差异表达分析、GO功能显著性富集分析和KEGG显著性分析，从转录组筛选出的156与钙代谢相关中筛选到58个表达差异显著的基因，对这58个基因进行不同育珠时期表达变化趋势分析，总结钙代谢相关基因与珍珠形成的表达分析，分析中找到7个具有EF-hand结构域的钙离子转运基因家族（EFCB1、EFCB6、EFCB7、EFCBD2、N-EFCB1、N-EFCB3、RASEFCB），及钙调样蛋白代谢通路，筛选得到调控钙离子代谢的重要功能基因：钙调蛋白基因（CaM）、钙结合蛋白基因（CaBP）、电压依赖性钙离子通道蛋白基因(VDCC)等。对EF-hand家族的7个基因进行不同育珠时期的表达分析及对EFCB1基因进行各组织表达分析。结果发现EF-hand基因在外套膜和内脏团组织中表达差异显著，呈现显著的组织差异。CaM、CaBP、VDCC在三角帆蚌体内广泛表达于各个组织，但在外套膜内膜与腮中表达量显著高。除VDCC外，水体Ca离子浓度的增大对CaM、CaBP基因表达有显著的影响，基因表达水平其于胞内Ca离子水平、胞外Ca离子流量显著相关。此外，本研究深入研究了内脏团插核育珠珍珠囊形成生物学进程，优化了三角帆蚌外套膜细胞培养，为进一步探讨贝类育珠提供了实验基础。本研究为后续更多功能基因的研究探索以及珍珠形成的分子机理研究奠定了信息平台，对进一步开展优质淡水珍珠的研究工作、推动淡水珍珠产业发展、提高珍珠养殖经济效益具有长远意义。