利用驯化构建斑马鱼低温发育模型及低温驯化初步机制探究

发布时间：2020-06-18 02:52

【摘要】：温度是影响生物体生长和生存的重要理化性质。鱼类生活的水环境中水温的变化对鱼类行为和生理生化活动影响巨大。极端温度会使水产养殖业遭受严重的损失,故而建立鱼类抗寒机制的研究模型,对于阐明鱼类抗寒基因调控网络及其作用机理具有重要应用意义。斑马鱼作为鱼类中的重要生物模型,其在低温下的调控网络已有比较多的研究,以斑马鱼为材料构建低温发育模型,可以为开展研究鱼类抗寒行为和机制相关实验提供便利基础。近年来多个研究发现生物在受到较弱于极端温度的条件下,会产生温度驯化效应,使其对极端温度的耐受性提高。本研究通过对野生型斑马鱼进行长期的低温驯化,获得了能够在低于斑马鱼适宜温度,包括斑马鱼胚胎临界致死温度22℃和致死低温20℃下能够正常繁殖的斑马鱼品系。本研究中根据斑马鱼养殖温度的不同,分为野生型未驯化组TE27(The temperature 27℃)和驯化组斑马鱼TA22(Acclimation temperature 22℃),TA20(Acclimation temperature 20℃)的斑马鱼品系。经受过低温驯化的斑马鱼成鱼,可以在低温下正常生长,并繁殖后代。在驯化低温下所产的胚胎,可以在其驯化温度下正常孵育至出膜,且成活率高达80%以上。实验发现由于驯化温度较低,斑马鱼发育出膜的时间不断延长,野生型斑马鱼孵育出膜仅需2.5-3天,TA22驯化组斑马鱼胚胎出膜需3-4天,TA20斑马鱼胚胎出膜需要更久的5-6天。进一步研究驯化组斑马鱼的子一代,发现驯化组所产的胚胎孵育出膜后,可以在驯化温度下正常生长至体型正常和性成熟,并且与野生型未驯化组斑马鱼相比,生长至体型正常和性成熟的时间不断延长。驯化子代斑马鱼的性成熟时间从在27℃需要的3-4个月,延长为在22℃需要的6个月,而20℃发育至性成熟的时间需9个月以上。观察驯化子代斑马鱼的体型,繁殖能力,心跳速率检测等重要生理指标,发现与未驯化组无明显差异,说明驯化的子代斑马鱼可以在低温下正常繁衍。同时发现驯化降低了斑马鱼胚胎的临界致死低温和致死低温。原本27℃野生型斑马鱼的临界致死低温(孵化率为50%)为22℃,胚胎致死低温(孵化率为0%)为20℃,通过低温驯化以后,TA22驯化组斑马鱼胚胎的临界致死低温变为20℃,致死低温变为18℃。TA20驯化组斑马鱼的胚胎在18℃有10%左右能孵化出膜,其致死低温为16℃。利用构建的低温驯化品系斑马鱼对斑马鱼低温胁迫适应性机制进行初步研究探索。研究首先发现在未驯化斑马鱼胚胎在适宜温度27℃发育一定时间后,在致死低温20℃具有一定的孵化出膜能力。证明低温胁迫对斑马鱼发育的影响主要体现在其受精后的早期胚胎发育阶段,经实验观察统计定位在约为3.5hpf(hour post-fertilization)的囊胚后期,而低温驯化对斑马鱼子代的影响主要也体现在0hpf-3.5hpf时期。随后对驯化组和未驯化斑马鱼胚胎进行低温胁迫处理,胚胎受精后在20℃发育至囊胚后期,经检测发现未驯化组中与DNA损伤修复,生长阻滞,细胞周期相关的基因如gadd45α,c-jun,p21等基因表达量相对未驯化组明显上升。对胚胎的低温胁迫伴随有细胞凋亡和ROS的产生,而驯化可以减少以上致死效应的产生,推测斑马鱼早期胚胎在临界致死低温下死亡的原因可能与DNA损伤、氧化压力、细胞分裂异常有关,但具体的机理仍需要进一步研究。进一步探究驯化斑马鱼胚胎更耐低温的原因,实验将驯化组TA22雌雄斑马鱼和未驯化组TE27雌雄斑马鱼进行驯化父本和驯化母本的交叉交配产卵,发现驯化组胚胎的低温耐受性来源于母本。通过对线粒体DNA和miRNA的检测发现,驯化组斑马鱼TA22-0hpf胚胎与未驯化组TE27-0hpf相比,线粒体DNA数量减少,母源miRNA(miR-202)表达量升高,说明驯化组斑马鱼胚胎能够耐受低温来源于母源物质的影响。本研究利用驯化的方式,成功构建了一种能在低温下正常发育繁殖的斑马鱼品系,经低温驯化后的斑马鱼子代胚胎能够耐受更低的温度,为得到耐受更低温度的斑马鱼品系打下基础,并为研究低温下鱼类发育和抗寒机制网络提供了一种良好的生物学模型。
【学位授予单位】：上海海洋大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：S917.4
【图文】：

鱼类,低温胁迫

图 1-1 低温胁迫的来源及引起的鱼类反应[1]Figure 1-1 Schematic representation of natural and anthropogenic sources of cold shas the primary, secondary and tertiary stress responses to cold shock[1]

模式图,亲鱼,低温驯化,模式图

10图 2-1 斑马鱼亲鱼和子代低温驯化模式图Figure 2-1 Zebrafish parent and filial generation cold acclimation met

【参考文献】