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大连海洋大学学报  2020, Vol. 35 Issue (3): 360-367    DOI: 10.16535/j.cnki.dlhyxb.2019-175
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中间球海胆丙酮酸激酶(PK)基因克隆及其对海水酸化的响应
尹文露,崔东遥,李莹莹,孙景贤,李雯琪,常亚青,湛垚垚*
大连海洋大学 农业农村部北方海水增养殖重点实验室,辽宁 大连
Cloning and response of pyruvate kinase(PK) gene to seawater acidification in sea urchin Strongylocentrotus intermedius
YIN Wenlu, CUI Dongyao, LI Yingying, SUN Jingxian, LI Wenqi, CHANG Yaqing, ZHAN Yaoyao*
Key Laboratory of Mariculture & Stock Enhancement in North China’s Sea, Ministry of Agriculture and Rural Affairs,Dalian Ocean University, Dalian
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摘要 为明确中间球海胆Strongylocentrotus intermedius丙酮酸激酶(Pyruvate kinase,PK)基因(SiPK)的序列特征、组织表达规律及其对海水酸化胁迫的响应方式,采用cDNA末端快速扩增RACE技术方法获得了SiPK的cDNA全长序列,同时探究了该基因在不同海水酸化[自然海水(对照组)、ΔpH=-0.3(SA1)、ΔpH=-0.4(SA2)、ΔpH=-0.5(SA3),ΔpH表示与自然海水pH的差值]胁迫条件下的响应方式。结果表明:中间球海胆PK序列全长为3616 bp,其中,包含一个编码537个氨基酸的开放阅读框(1614 bp)和两个非编码区片段(5′非编码区长度为91 bp,3′非编码区长度为1911 bp);系统进化分析发现,中间球海胆PK氨基酸序列与紫球海胆Strongylocentrotus purpuratus PK的亲缘关系最近;实时荧光定量PCR(qRT-PCR)发现,成体中间球海胆PK基因在4种组织中均有表达,其相对表达量依次为性腺>管足>体腔液>肠;总PK酶活性检测显示,中间球海胆4种组织中的总PK酶活性依次为管足>性腺>体腔液>肠;海水酸化胁迫试验显示,与对照组相比,随着海水酸化程度的加重,中间球海胆肠组织中PK基因的相对表达量呈先极显著降低后极显著升高的趋势(P<0.01),但肠组织中总PK酶活性则呈极显著升高的趋势(P<0.01),性腺组织中PK基因的相对表达量随海水pH的降低而极显著降低(P<0.01),但该组织中总PK酶活性却呈现先升高后降低的趋势(P<0.05),管足和体腔液组织中PK基因的相对表达量和总PK酶活性均随海水pH的降低总体呈降低的趋势(P<0.05)。研究表明,中间球海胆可通过调节PK基因的表达及总PK酶活性响应海水酸化胁迫。
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尹文露
崔东遥
李莹莹
孙景贤
李雯琪
常亚青
湛垚垚
关键词:  中间球海胆  丙酮酸激酶  基因克隆  酶活性  海水酸化    
Abstract: Sea urchin Strongylocentrotus intermedius with body weight of (55.27±3.56)g were exposure to natural seawater group (control, pH=8.10±0.03), seawater with pH=7.82±0.03 (group SA1), seawater with pH=7.68±0.03 (group SA2), and seawater with pH=7.55±0.04 (group SA3) prepared by pure gas for 60 days and the full length cDNA of the pyruvate kinase (PK) gene (SiPK) in the sea urchin was cloned by homologous cloning and rapid amplification of cDNA ends (RACE) to clarify the sequence characteristics, tissue expression pattern and the responses of the sea urchin to seawater acidification. Results showed that the full length of the SiPK gene was 3616 bp, including a 1614 bp open reading frame encoding 537 amino acids and two non-coding regions (a 91 bp 5′ non-coding region and a 1911 bp 3′ non-coding region). Phylogenetic analysis revealed that SiPK protein and the PK proteins from sea urchin Strongylocentrotus purpuratus, sea cucumber Apostichopus japonicus and star fish Acanthaster planci were clustered together, with the closest evolution distance between SiPK protein and PK protein from S.purpuratus. Real-time quantitative PCR (qRT-PCR) detection showed that SiPK gene was expressed in the tube foot, intestine, gonad and coelomic fluid of adult S.intermedius. The relative expression levels from high to low were described as: gonad>tube foot> coelomic fluid> intestine. Enzyme activity tests showed that total PK activitieswere detected in all examined tissues of S.intermedius with levels from high to low as: tube foot>gonad>coelomic fluid>intestine. Seawater acidification stress test showed that the relative expression level of PK gene in sea urchin intestines was decreased very significantly first and then very significantly increased as pH decline (P<0.01), with very significant increase in total PK enzyme activity compared that in the control (P<0.01). The relative expression level of SiPK in gonad was shown to be decreased very significantly as seawater pH decreased (P<0.01), while total PK activity in gonad showed a increased significantly first and then decreased trend (P<0.05). The alterations of SiPK mRNA expression and total PK enzyme activities were consistent in the tube foot and coelomic fluid, both showing a decreased trend as seawater pH decline (P<0.05). The findings provide more sequence and phylogengy information on PK and tissue specific response patterns coping with sea water acidification in sea urchin.
Key words:  Strongylocentrotus intermedius    pyruvate kinase    gene cloning    enzyme activity    seawater acidification
               出版日期:  2020-05-22      发布日期:  2020-05-22      期的出版日期:  2020-05-22
中图分类号:  S968.9  
  Q786  
基金资助: 国家自然科学基金资助项目(31672652);辽宁省自然科学基金资助项目(20170540104);农业科研人才及其创新团队项目
引用本文:    
尹文露, 崔东遥, 李莹莹, 孙景贤, 李雯琪, 常亚青, 湛垚垚. 中间球海胆丙酮酸激酶(PK)基因克隆及其对海水酸化的响应[J]. 大连海洋大学学报, 2020, 35(3): 360-367.
YIN Wenlu, CUI Dongyao, LI Yingying, SUN Jingxian, LI Wenqi, CHANG Yaqing, ZHAN Yaoyao. Cloning and response of pyruvate kinase(PK) gene to seawater acidification in sea urchin Strongylocentrotus intermedius. Journal of Dalian Ocean University, 2020, 35(3): 360-367.
链接本文:  
https://xuebao.dlou.edu.cn/CN/10.16535/j.cnki.dlhyxb.2019-175  或          https://xuebao.dlou.edu.cn/CN/Y2020/V35/I3/360
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