关键词:
红鳍笛鲷
红体色
类胡萝卜素
代谢物
加权基因共表达网络分析
摘要:
红鳍笛鲷(Lutjanus erythropterus)隶属鲈形目笛鲷科笛鲷属,是我国重要经济鱼类。人工养殖红鳍笛鲷在累代繁育后逐渐出现体色变淡或变黑的现象,在皮肤色泽、免疫性能等方面远不如野生鱼,严重影响其经济价值和市场地位。本研究首先通过显微镜、色差仪比较不同部位皮肤颜色与色素细胞种类、数量和分布特征的相关性,总结色素细胞与红体色间存在的规律性;然后使用分光光度法、液相色谱-质谱/质谱串联法,评估类胡萝卜素在组织中沉积情况,探究皮肤类胡萝卜素组成在红色着色中的作用。通过比较成鱼视网膜和皮肤的代谢组,筛选类胡萝卜素代谢相关代谢物;通过构建早期发育时期的基因共表达网络,在转录水平上系统分析色素细胞发育和色素沉着的分子调控模式,筛选出黄色沉着和红色沉着相关基因。红鳍笛鲷类胡萝卜素着色研究有助于进一步理解硬骨鱼体内类胡萝卜素代谢调控的过程,可为笛鲷属鱼类进化提供研究新思路。主要研究结果如下:
1.红鳍笛鲷体色发生过程历经黄色、黑色、褪黑和红色的颜色变化过程。成鱼不同部位皮肤中的红色素细胞密度显著高于黑色素细胞密度(P<0.001),黑色素细胞和红色素细胞从背部向腹部逐渐减少,腹部皮肤中黑色素细胞数量稀少甚至没有。组织学切片显示,皮肤依次可见黑色素细胞、红色素细胞、黄色素细胞和虹彩细胞,黑色素细胞和红色素细胞交替分布于表层色素带。
2.通过分光光度法和液相色谱-质谱/质谱串联法,发现类胡萝卜素在红鳍笛鲷各组织中均有分布,皮肤中含量最丰富,其次是视网膜。红鳍笛鲷皮肤中类胡萝卜素主要以类胡萝卜素酯的形式存在,其中叶黄素酯最为丰富,类胡萝卜素多与棕榈酸发生酯化。黄色类胡萝卜素有13种,红色类胡萝卜素有3种,包括虾青素、角黄素和β-柠乌素,虾青素和角黄素在皮肤中呈背部向腹部减少的含量差异。
3.通过对皮肤和视网膜的差异代谢物分析,共鉴定到10个黑色素生成相关代谢物,L-酪氨酸,5,6-二羟基吲哚,3-甲氧基色胺,高香草酸,多巴胺,富马酸和4-羟基肉桂酸;5个蝶啶生成相关代谢物,L-墨蝶呤,异黄蝶呤,L-生物喋呤,核黄素和钼蝶呤前体Z,背部和体侧皮肤中异黄蝶呤高于腹部,其他蝶啶及其衍生物含量差异不明显;167个脂质相关代谢物,如棕榈酸、肉豆蔻酸,花生四烯酸和油酸酰胺。22个代谢物与类胡萝卜素含量正相关,如L-肉碱,O-乙酰肉碱和丙酰肉碱;159个代谢物与类胡萝卜素含量负相关,如L-酪氨酸和花生四烯酸。
4.使用WGCNA方法构建早期发育过程的加权基因共表达网络,识别了灰色无效模块和23个有效模块,鉴定到与色素细胞发育和色素沉着相关3个模块:黑色、蓝色和黄色模块,分别获得相关基因998、4932和1497个。网络中候选Hub基因tnnt2、robo2、apba2和apod分别参与发育和色素沉着过程。Hb~Hat阶段胚胎中色素细胞发育和迁移活跃,1dph仔鱼中黑色素合成活跃,蝶啶和类胡萝卜素共同参与3dph仔鱼黄色着色,45dph幼鱼表现出色素物质依赖由蝶啶向类胡萝卜素的转变。
综上所述,红鳍笛鲷在体色发育过程中逐渐形成红色素细胞优势的分布特征,红色素细胞的数量优势及其在色素带表层分布的特征是红体色形成的重要原因。红鳍笛鲷体内的类胡萝卜素主要沉积在皮肤和视网膜中,虾青素和角黄素2种红色类胡萝卜素与红体色密切相关。类胡萝卜素含量越高的皮肤中L-酪氨酸越少,类胡萝卜素沉积与肉碱、花生四烯酸的体内利用有关。apod等脂质代谢相关基因在红鳍笛鲷红体色形成中的潜在作用还需进一步研究。皮肤类胡萝卜素组成和色素沉着基因的功能发掘,有助于解决红鳍笛鲷养殖鱼体色不佳的问题,为进一步揭示鱼类体色形成机制补充资料。