縊蟶HAT基因家族的全基因組鑒定及在環(huán)境因子、細菌脅迫下的表達分析*

練佳瑩 呂麗媛 姚韓韓 董迎輝, ① 林志華, ①

縊蟶基因家族的全基因組鑒定及在環(huán)境因子、細菌脅迫下的表達分析*

練佳瑩1呂麗媛2姚韓韓1董迎輝1, 2①林志華1, 2①

(1. 浙江萬里學院生物與環(huán)境學院 浙江省水產(chǎn)種質資源高效利用技術研究重點實驗室 浙江寧波 315100; 2. 浙江萬里學院寧海海洋生物種業(yè)研究院 浙江寧波 315604)

組蛋白乙?；?histone acetyltransferases, HATs)在機體發(fā)育和環(huán)境脅迫響應的調控中發(fā)揮著重要作用, 但在海洋貝類中研究極少?？O蟶()作為典型的灘涂雙殼貝類, 經(jīng)常面臨多種極端環(huán)境和細菌脅迫的挑戰(zhàn), 基于全基因組和轉錄組數(shù)據(jù)系統(tǒng)分析了縊蟶基因家族()的系統(tǒng)發(fā)育關系, 以及它們在不同發(fā)育時期、不同環(huán)境因子和細菌脅迫下的表達模式。結果共鑒定出11個基因, 根據(jù)序列同源性分為、和三類, 每個亞家族中幾乎所有的都具有特定的保守結構域和保守基序?；虮磉_譜和qRT-PCR分析顯示,在幼蟲發(fā)育前期表達量普遍高于發(fā)育后期; 在氨氮脅迫下,、、、在鰓中的表達量顯著變化(<0.05); 在高溫脅迫下,在鰓和肝胰腺中表現(xiàn)出相似的表達模式, 而在肝胰腺中的表達量顯著降低(<0.05); 在副溶血弧菌脅迫下,的表達均出現(xiàn)顯著上調(0.05)。綜上結果提示,可能在縊蟶的早期發(fā)育及抗逆抗病中發(fā)揮重要作用系統(tǒng)研究將為進一步理解雙殼貝類基因家族的進化和功能奠定理論基礎。

縊蟶; 組蛋白乙?；? 基因家族; 環(huán)境脅迫; 細菌感染; 基因表達

在真核生物中, 染色質結構的動態(tài)調節(jié)影響各種生物過程(Ho, 2010)。核小體是染色質的基本結構單位, 由四個核心組蛋白(H2A, H2B, H3, H4)組成的八聚體和其周圍包裹著147 bp的DNA共同構成(Kouzarides, 2007), 每個組蛋白均包含一個結構化的球形結構域和一個從核小體核心延伸出來的非結構化N端尾部(Patel, 2013), 其尾部受到組蛋白乙酰化、甲基化、磷酸化、泛素化等各種翻譯后修飾(Kouzarides, 2007)。組蛋白乙?；怯山M蛋白乙酰化酶(histone acetyltransferases, HATs)和組蛋白去乙?；?histone deacetylases, HDACs)共同調控的動態(tài)可逆過程(Bannister, 2011)。HAT可將乙酰輔酶A的乙酰基轉移至核心組蛋白(主要為H3和H4)N末端特定賴氨酸的ε-殘基上, 乙?；ㄟ^中和賴氨酸殘基上的正電荷, 減弱組蛋白與DNA的結合能力, 使染色質結構松散, 有利于轉錄因子與DNA結合, 從而促進基因轉錄與表達(Struhl, 1998; Eberharter, 2002)。根據(jù)氨基酸序列和結構相似性, HAT至少可分為3類亞家族: (1) GNAT, 與GCN5相關的N端乙酰轉移酶, 包括KAT1 (Hat1)、KAT2B (PCAF)、KAT9 (Elp3)等; (2) MYST, 包括KAT5 (Tip60)、KAT6A (MOZ)、KAT7 (Hbo1)、KAT8 (Sas2)等; (3) p300/CREB結合蛋白(CBP)家族(Hodawadekar, 2007; Bannister, 2017)。

目前, HAT已在多種生物中被鑒定, 如動物中的小鼠(Yao, 1998)、秀麗隱桿線蟲() (Goodman, 2000)、果蠅(Carre, 2005)、弓形蟲(Padgett, 2018)、馬氏珠母貝() (楊帥, 2020)等, 植物中的擬南芥(Latrasse, 2008)、水稻(Liu, 2012)、棉花(Imran, 2019)、小麥(Gao, 2021)等。研究表明, HAT在植物生長發(fā)育(Latrasse, 2008)、響應生物和非生物脅迫方面發(fā)揮著重要作用(Yin, 2019; Gan, 2021), 其應激響應很大程度上依賴于翻譯后的組蛋白乙?；?Gao, 2021)。但目前關于貝類組蛋白乙?；揎楑r有報道。

縊蟶()是我國重要的海水養(yǎng)殖貝類, 由于其廣泛分布于潮間帶, 極易受到高溫、高氨氮和病原微生物等極端環(huán)境和生物壓力的影響(鄭余琦等, 2017; Dong, 2020), 從而導致生長變緩、免疫力降低等問題, 嚴重時暴發(fā)大規(guī)模死亡, 造成巨大的經(jīng)濟損失, 因此開展縊蟶抗逆、抗病研究對其養(yǎng)殖業(yè)的可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。本研究對縊蟶基因家族進行全基因組鑒定, 并對其保守結構域、保守基序、系統(tǒng)發(fā)育關系及其在不同發(fā)育時期、環(huán)境因子(氨氮和高溫脅迫)和副溶血弧菌()脅迫下的表達特征進行分析, 旨在為深入探索在貝類中的功能及調控機制奠定理論基礎。

1 材料與方法

1.1 實驗動物及細菌

2021年3月, 從寧波市海洋與漁業(yè)科技創(chuàng)新基地取健康縊蟶成貝, 平均殼長(58.43±1.75) mm、殼高(19.93±0.46) mm?？O蟶處理前, 在實驗室配制海水中(溫度25 °C, 鹽度20)暫養(yǎng)3 d。實驗用副溶血弧菌為實驗室保存菌種, 采用2216E培養(yǎng)基于28 °C恒溫搖床上培養(yǎng)后測定OD600值, 所需終濃度為1×108CFU/mL。

1.2 數(shù)據(jù)庫資源

縊蟶基因組和轉錄組數(shù)據(jù)均為本實驗室前期測序獲得(Dong, 2020)。其余的人()、白氏文昌魚()、秀麗隱桿線蟲、太平洋牡蠣()、蝦夷扇貝()、加州雙斑蛸()和紫色球海膽()基因組數(shù)據(jù)均來源于NCBI數(shù)據(jù)庫(https://www.ncbi.nlm.nih.gov/)。

1.3 ScHAT基因家族的鑒定

為鑒定基因家族成員, 先保留與注釋高度匹配的序列, 將所獲得的序列作為目標序列通過Blastp方式檢索縊蟶基因組數(shù)據(jù)庫, 手動剔除冗余序列, 然后通過SMART、Pfam、Batch-CD Search在線工具結合預測候選序列的保守結構域進行確認, 并根據(jù)各家族的相似性進一步分類并命名。使用ProtParam (https://web.expasy.org/protparam/)分析HAT蛋白等電點(pI)、分子量(MW)和總疏水性(GRAVY)等理化性質。同時采用相同的方法鑒定出其他物種的基因, 并進行基因數(shù)目的分類統(tǒng)計。

1.4 ScHAT基因家族的系統(tǒng)進化分析

采用MAFFT 7 (Katoh, 2013)對縊蟶和其他7個物種(人、白氏文昌魚、秀麗隱桿線蟲、太平洋牡蠣、蝦夷扇貝、加州雙斑蛸和紫色球海膽)的HAT蛋白序列進行多重序列比對。用MrBayes 3.2.6 (Ronquist, 2003)進行系統(tǒng)發(fā)育分析, 4條馬爾可夫鏈運行1.5×107代, 取樣頻率(sampling frequency)設為5 000, 樣本舍棄比率(burn-in fraction)設為0.25, 分裂頻率平均標準差(average standard deviation of split frequencies)小于0.01視為達到收斂。最后用FigTree 1.4.3對貝葉斯系統(tǒng)樹進行可視化。

1.5 ScHAT基因家族的結構域及motif分析

通過在線工具SMART (http://smart.embl-heidelberg. de/smart/set_mode.cgiGENOMIC=1)、Pfam(http://pfam. xfam.org/search#tabview=tab1)預測HAT蛋白的保守結構域。利用MEME (https://meme-suite.org/meme/ tools/meme)預測HAT蛋白的保守基序(motif), motif數(shù)目參數(shù)設置為18, 長度設置為21～50 aa, 并用TBtools (Chen, 2020)進行可視化。

1.6 ScHAT基因在不同發(fā)育時期及環(huán)境脅迫下的表達分析

利用已發(fā)表的縊蟶不同發(fā)育時期、氨氮脅迫(180 mg/L, 72 h)和高溫(32 °C, 96 h)脅迫的RNA-seq數(shù)據(jù)集中檢索11個基因的FPKM (fragments per kilobase per million mapped reads)值, 分析它們在不同發(fā)育時期和環(huán)境脅迫下的表達模式。其中, 卵子、4細胞、囊胚、原腸胚、擔輪幼蟲、D形幼蟲、殼頂幼蟲和稚貝8個時期的SRA登錄號分別為: SRR10097413～SRR10097424; 氨氮脅迫和高溫脅迫的轉錄組SRA登錄號分別為: SRR9943679～ SRR9943690和SRR13594753～SRR13594764。利用TBtools繪制基因表達熱圖。

1.7 ScHAT基因在副溶血弧菌脅迫下的表達分析

將150粒縊蟶成貝隨機分成3組, 用濃度為1×108CFU/mL的副溶血弧菌浸泡脅迫。于浸泡后0、3、6、12、24、48、72和96 h, 每個時間點隨機選6?？O蟶, 取其鰓置于液氮速凍后保存在–80 °C。以0 h未脅迫組為對照組。用Trizol (TaKaRa, Japan)試劑提取鰓的總RNA, 并對RNA濃度和完整性進行檢測。利用Prime-ScriptTMRT (TaKaRa, Japan)試劑盒合成cDNA。用LightCycler?480II儀器進行熒光定量反應, 檢測在抗菌免疫中的表達規(guī)律。實驗所用引物如表1所示, 利用Primer 5軟件對的保守結構域進行引物設計, 通過溶解曲線驗證引物特異性。以18S rRNA為內參基因。qRT-PCR反應體系(20 μL)為: 上下游引物各1 μL、cDNA (稀釋100倍) 8 μL、SYBR?Green Supermix 10 μL。反應程序為: 95 °C 30 s, 40個循環(huán); 95 °C變性15 s, 60 °C退火1 min。每組3個生物平行和3個技術重復。用2–△△CT法計算的相對表達量, 利用SPSS軟件統(tǒng)計分析其差異顯著性(<0.05), GraphPad Prism 8.0.1繪圖。

表1 qRT-PCR所需引物及序列

Tab.1 Sequences of the primers used in qRT-PCR

2 結果

2.1 ScHAT基因家族的鑒定與分類

在縊蟶基因組中共鑒定出11個家族成員, 根據(jù)其序列同源性可分為3類亞家族, GNAT類(,,,)、MYST類(,,,,)和p300/CBP類(,)。對其家族成員的理化性質分析結果顯示,家族所有成員均為親水性蛋白; 除300為酸性蛋白外, 其余均為堿性蛋白(表2)。不同成員外顯子數(shù)量在5～26個之間, 氨基酸長度在187～2 261 aa之間, 蛋白分子量在19.99～92.40 kDa之間, 等電點(pI)在5.95～9.30, 不穩(wěn)定系數(shù)介于34.44～62.72之間。染色體定位發(fā)現(xiàn), 11個均成功定位在縊蟶的7條染色體上。另外, 其他7個物種的全基因組鑒定結果如表3所示, 太平洋牡蠣和紫色球海膽基因數(shù)目最多為13個, 其次人和縊蟶分別為12個和11個; 其中亞家族為最大的一類, 在不同物種中基因數(shù)目均為最多; 縊蟶和人各亞家族基因數(shù)最相似。

2.2 ScHAT基因家族的系統(tǒng)進化分析

用MrBayes構建了縊蟶與其他物種基因家族的系統(tǒng)發(fā)育樹(圖1)。該進化樹共分成7個獨立的分支, KAT2A/2B和KAT9分支形成獨立的一支(GNAT); KAT5、KAT6A/6B、KAT7和KAT8四個分支形成最大的一支(MYST)。不同物種HAT蛋白具有高度同源性, ScHAT各成員均與太平洋牡蠣、蝦夷扇貝、加州雙斑蛸同源基因形成獨立分支, 再依次與紫色球海膽、白氏文昌魚、秀麗隱桿線蟲和人聚類。

2.3 ScHAT基因家族的結構域與motif特征分析

基于SMART結構域預測, 比較了縊蟶、太平洋牡蠣和人HAT蛋白的結構域(表4)。結果顯示, GNAT亞家族的KAT2成員大多含有PCAF_N結構域和Bromo結構域; KAT9成員大多包含一個Radical_SAM結構域特征; 除ScKAT9-1之外, 其余GNAT亞家族成員均含有N-Acetyltransf_1或C-Acetyltransf_1結構域。MYST亞家族成員中, 除ScKAT6A和CgKAT6B-2只包含1個PHD-SAM_1結構域外, 其余成員均含有zf-MYST和MOZ_SAS結構域; 另外KAT5和KAT8還有一個Tudor-knot結構域(HsKAT8除外); KAT6成員存在一個PHD結構域特征, 以及KAT7成員包含一個C2HC-zf結構域。p300/CBP亞家族成員含有zf-TAZ、KIX、Bromo等結構域。

表2家族基因理化性質

Tab.2 The physicochemical properties of ScHAT gene family

表3 縊蟶與其他物種家族基因數(shù)目的比較

Tab.3 Comparison of gene number of HAT family between S. constricta and other species

縊蟶、太平洋牡蠣和人家族基因的motif分析結果如圖2所示。HAT不同亞家族之間序列分化明顯, 共鑒定出18個保守的motif。除ScKAT6A和CgKAT6B-2外, MYST亞家族的成員從5′到3′方向依次含有motif 8、motif 5、motif 9、motif 1、motif 2、motif 6, 其中KAT6成員具有1或2個motif 3; 在GNAT亞家族中, 除KAT1和KAT9只含有1或2個保守motif外, motif 16、motif 7、motif 4、motif 14、motif 15存在于所有KAT2成員中; p300/CBP亞家族也具有其獨特的motif序列。此外, 同一亞家族成員存在motif新增或丟失的情況, 如CgKAT5與ScKAT8與其同源基因KAT5和KAT8分別新增了1個motif 4和motif 10; 而HsKAT2B-2與其同源基因KAT2則丟失了motif 12。

2.4 ScHAT家族基因在縊蟶早期發(fā)育時期的表達模式分析

基于轉錄組分析在縊蟶早期發(fā)育時期的表達規(guī)律, 結果顯示, 它們在不同發(fā)育時期的表達趨勢呈現(xiàn)多變性(圖3)。GNAT亞家族中,和均在4細胞期表達量最高, 而和則在殼頂幼蟲時期表達量最高。MYST亞家族中,隨著縊蟶的生長發(fā)育表達量逐漸升高, 在稚貝期達到最高; 其他4個基因呈現(xiàn)出相似的表達模式, 均在發(fā)育初期(D形幼蟲時期之前)表達量較高, 而在殼頂幼蟲和稚貝期表達量明顯下降。p300/CBP亞家族的2個成員也表現(xiàn)出不同的表達情況,在稚貝期高表達, 而在D形幼蟲期表達量最高。

2.5 ScHAT家族基因在高氨氮、高溫脅迫下的表達特征分析

對在高氨氮、高溫脅迫下的表達模式進行分析(圖4)。在氨氮脅迫下,在鰓組織中的表達響應高于肝胰腺, 其中、和三個基因的表達顯著升高(<0.05), 而的表達顯著降低(<0.05)。在高溫脅迫后,在鰓和肝胰腺中表達趨勢幾乎相同, 其中在肝胰腺中的表達量顯著降低(<0.05)。

2.6 ScHAT家族基因在副溶血弧菌感染后的表達特征分析

用qRT-PCR方法, 對11個基因在副溶血弧菌感染后鰓中的表達水平進行檢測(圖5)。結果顯示, 所有的相對表達量在副溶血弧菌感染后均出現(xiàn)顯著上調(0.05), 并呈現(xiàn)時間依賴性的表達模式。多數(shù)基因在24 h達到較高水平(如和),和在48 h表達量最高, 其他基因多在96 h達到最高水平。其中有所不同, 在感染后3～12 h表達水平顯著下降后, 于24 h后開始顯著上升。

圖1 縊蟶與其他物種HAT基因家族的系統(tǒng)發(fā)育分析

注: 右上角為3類亞家族成員的不同顏色區(qū)塊, 紅色字體代表縊蟶基因。Hs: 人; Bb: 白氏文昌魚; Ce: 秀麗隱桿線蟲; Sc: 縊蟶; Cg: 太平洋牡蠣; My: 蝦夷扇貝; Ob: 加州雙斑蛸; Sp: 紫色球海膽

表4 縊蟶、太平洋牡蠣和人家族成員結構域比較

Tab.4 The domain analysis of HAT gene family in S. constricta, C. gigas and H. sapiens

續(xù)表

圖2 縊蟶、太平洋牡蠣和人HAT基因家族motif分析

圖3 ScHATs在不同發(fā)育時期中的表達譜

注: 8個發(fā)育時期為卵子(Ovum)、4細胞(4 cell)、囊胚(Blastaea)、原腸胚(Gastrulae)、擔輪幼蟲(Trochophore)、D形幼蟲(D-shape larvae)、殼頂幼蟲(Umbo larvae)、稚貝(Juvenile mollusk)。圖例表示FPKM對數(shù)歸一化

3 討論

由基因介導的組蛋白乙?；揎椩谵D錄激活、基因沉默、細胞周期調控、DNA復制修復、染色體組裝等多個細胞過程中發(fā)揮至關重要的調控作用(Mai, 2009), 而組蛋白乙?；c基因表達調控密切相關(Imran, 2019)。已有研究發(fā)現(xiàn),在棉花、玉米高等植物生長發(fā)育以及對環(huán)境脅迫的適應調節(jié)中發(fā)揮關鍵作用, 如同屬不同種的3種棉花基因數(shù)目差異巨大, 且基因在纖維發(fā)育不同時期以及激素、干旱、重金屬等不同因子脅迫下的表達差異顯著(Imran, 2019); 在玉米基因組中鑒定出6個家族基因, 它們在不同組織和生物/非生物脅迫下呈現(xiàn)出明顯不同的表達規(guī)律(馬宇馨等, 2020)。然而, 截至目前, 對動物家族基因的研究鮮有報道。本研究通過全基因組分析在縊蟶基因組中鑒定出11個家族基因, 根據(jù)序列同源性分為GNAT、MYST和p300/CBP三類亞家族, 這種多個亞家族的存在暗示其在縊蟶長期進化適應中的功能分化; 通過對縊蟶、太平洋牡蠣、人等8個物種亞家族基因數(shù)目的比較發(fā)現(xiàn), 每個亞家族在物種間分布不均勻, 其中MYST是最大的亞家族, 與以往研究一致(Hodawadekar, 2007)。此外, 保守基序和結構域預測結果表明, 在同一系統(tǒng)發(fā)育亞群中, 大多數(shù)成員具有各自保守的基因結構域, 因而推測與其同源基因具有相似的功能, 在水稻、番茄的研究中也得到相似結論(Liu, 2012; 史建磊等, 2020)。

研究發(fā)現(xiàn),在機體發(fā)育中發(fā)揮關鍵性作用(Gan, 2021)。MYST亞家族主要作為一種發(fā)育調節(jié)劑, 參與干細胞的生長和自我修復過程(Voss, 2009); GCN5/PCAF和p300/CBP亞家族也被證實在脊椎動物的多個生長發(fā)育過程發(fā)揮重要的調控功能(Goodman, 2000; Koutelou, 2021)。GNAT亞家族的KAT2成員大多具有Bromo結構域, 可通過與乙酰化賴氨酸的特異性互作發(fā)揮乙?；缸饔? 進而影響體內基因轉錄和細胞生長(Zeng, 2002; Ren, 2016)。缺失等位基因的果蠅突變體出現(xiàn)卵發(fā)生、變態(tài)以及成蟲附肢等異常的現(xiàn)象(Carre, 2005)。與大多數(shù)雙殼類一樣, 縊蟶幼蟲發(fā)育從細胞分化迅速的細胞期經(jīng)卵裂、變態(tài)發(fā)育到浮游的D形幼蟲不到24 h (林筆水等, 1984; 徐小偉等, 2015)。在縊蟶不同發(fā)育時期的表達量呈現(xiàn)動態(tài)變化規(guī)律, 其在幼蟲發(fā)育前期表達量普遍高于發(fā)育后期(殼頂幼蟲和稚貝), 因此推測基因對縊蟶的正常發(fā)育至關重要, 可能通過基因的乙?；饔酶淖儼谢虻谋磉_水平, 進而參與早期發(fā)育的基因調控網(wǎng)絡。

圖4 ScHATs在高氨氮、高溫脅迫下鰓和肝胰腺的表達模式

注: CG: 對照組; EG: 實驗組。圖例表示FPKM對數(shù)歸一化

圖5 ScHATs在副溶血弧菌感染后鰓中的表達模式

注: 以對照組0 h的表達量為參照, 用18S rRNA歸一化計算相對表達量。數(shù)據(jù)以平均值±S.E.表示(=3)。不同字母表示時間點差異顯著(<0.05)

已有報道顯示,家族基因在響應環(huán)境脅迫中發(fā)揮重要功能。棉花的相對表達量在溫度、鹽度和重金屬等脅迫下發(fā)生顯著變化(Imran, 2019); 油菜p300/CBP亞家族能夠提高其應對外界環(huán)境變化的能力(Li, 2014); 擬南芥則通過調節(jié)基因的表達響應極端溫度變化(Gan, 2021)。本研究中, 高濃度氨氮脅迫縊蟶后, 鰓中、和3個基因的表達量顯著升高, 而含有PCAF結構域的的表達量顯著降低(<0.05)。已有研究發(fā)現(xiàn), 在金屬鎳環(huán)境暴露下會導致p300/CBP的相關蛋白PCAF低表達(Kim, 2012), 這與本研究結果相似。另外, 在縊蟶鰓和肝胰腺中的表達模式差異較大, 反映這兩個器官在氨氮代謝中的途徑和機制有所不同(陳凱鋒等, 2020)。在高溫脅迫下,在縊蟶鰓和肝胰腺中的表達趨勢幾乎相同, 這說明不同組織在適應高溫響應的調節(jié)機制相似, 如通過增加抗氧化酶系統(tǒng)、提高細胞的滲透調節(jié)物質等提高耐熱性, 在此過程中一些基因表達量的顯著變化表明組蛋白修飾的表觀遺傳在響應高溫脅迫中發(fā)揮重要調控作用。在對仿刺參()的高溫脅迫下, 也發(fā)現(xiàn)組蛋白去乙?；? (3)和組蛋白甲基轉移酶(histone methyltransferase,5)等表觀遺傳調控基因表達量顯著上調(李尚俊等, 2017)。然而, 目前家族基因調控環(huán)境適應的機理尚需開展大量深入研究。

本研究中, 在副溶血弧菌脅迫下所有基因在縊蟶鰓中的表達量均發(fā)生顯著變化(0.05)。與對照組相比, 一般呈現(xiàn)三個峰, 即3～6 h、24～48 h、96 h, 這種表達模式說明隨著處理時間的延長,家族基因可能通過調節(jié)組蛋白乙酰化水平參與了縊蟶在這些時間點的表達調控, 反映了縊蟶對環(huán)境的動態(tài)適應過程, 推測的高表達變化可能是縊蟶應對細菌感染時參與調節(jié)免疫相關基因轉錄水平的結果。已有大量研究證明, 許多家族基因參與免疫及抗病過程, 如敲除稻瘟病菌()基因使突變體生長速度和孢子產(chǎn)量顯著降低, 進而抑制其侵染能力(Yin, 2019);中的PHD-zf結構域存在于一個自身免疫調節(jié)因子(AIRE)蛋白中(Musco, 2008), 通過與生物脅迫耐受性的其他蛋白質伴侶相互作用發(fā)揮功能(Waziri, 2020); 多數(shù)中包含C2HC-zf結構域, 而C2HC-zf結構域已在凡納濱對蝦()中被證實具有抗菌作用(Yang, 2021);中包含的Radical_SAM結構域可通過與病毒蛋白結合發(fā)揮抗病毒活性, 在病毒感染的先天性免疫反應中起著重要作用(Ghosh, 2020)?；谏鲜鲆延醒芯? 結合本研究的結構域分析, 不難推測分別包含PHD-zf、C2HC-zf和Radical_SAM結構域的、在縊蟶病原侵染的防御過程中發(fā)揮重要的抗菌作用, 而不同基因表達量和時間效應的差異也正反映了家族基因不同成員的功能分化及其調控機制差別。

4 結論

本研究在縊蟶基因組中鑒定出11個基因, 比較分析了HAT家族成員的蛋白質理化性質、結構域、保守基序及系統(tǒng)發(fā)育關系, 并將其分為GNAT、MYST、p300/CBP三類。通過轉錄組表達譜分析和qRT-PCR驗證, 探究了縊蟶在不同發(fā)育階段、不同環(huán)境因子(高氨氮、高溫)脅迫和副溶血弧菌感染條件下家族成員的表達變化, 結果表明基因功能具有多樣性, 可能在早期發(fā)育及極端環(huán)境響應過程中發(fā)揮重要作用。該研究將豐富人們對貝類家族基因系統(tǒng)進化的認識, 也為其功能研究提供重要參考。

馬宇馨, 杜璇玥, 李肖慧, 等, 2020. 玉米組蛋白乙酰轉移酶的鑒定與表達規(guī)律分析[J]. 河北農(nóng)業(yè)大學學報, 43(5): 20-26.

史建磊, 熊自立, 李濤, 等, 2020. 番茄組蛋白乙酰轉移酶(HAT)的全基因組鑒定與分析[J]. 江蘇農(nóng)業(yè)學報, 36(3): 666-674.

李尚俊, 孫國華, 李雪燕, 等, 2017. 高溫脅迫下仿刺參表觀遺傳調控相關基因的表達特征[J]. 中國水產(chǎn)科學, 24(3): 470-476.

楊帥, 2020. 組蛋白及其乙?；揎椩谡渲樨愐浦裁庖咧械淖饔煤蜋C制[D]. 湛江: 廣東海洋大學: 33-48

陳凱鋒, 董迎輝, 姚韓韓, 等, 2020. 縊蟶()氨氮脅迫應答miR-8245a-5p靶基因GOT驗證及其表達特征分析[J]. 海洋與湖沼, 51(2): 388-394.

林筆水, 吳天明, 1984. 溫度和鹽度對縊蟶浮游幼蟲發(fā)育的影響[J]. 生態(tài)學報, 4(4): 385-392.

鄭余琦, 鄭忠明, 秦文娟, 2017. 縊蟶()生物擾動對養(yǎng)殖廢水處理系統(tǒng)中沉積物磷賦存形態(tài)垂直分布的影響[J]. 海洋與湖沼, 48(1): 161-170.

徐小偉, 張鵬飛, 黃妙琴, 等, 2015. 波紋巴非蛤早期發(fā)育的掃描電鏡觀察[J]. 漁業(yè)研究, 37(4): 263-269.

BANNISTER A J, FALC?O A M, CASTELO-BRANCO G, 2017. Histone modifications and histone variants in pluripotency and differentiation [M] // G?ND?R A. Chromatin Regulation and Dynamics. San Diego, CA: Academic Press: 35-64, doi: 10.1016/b978-0-12-803395-1.00002-2.

BANNISTER A J, KOUZARIDES T, 2011. Regulation of chromatin by histone modifications [J]. Cell Research, 21(3): 381-395.

CARRE C, SZYMCZAK D, PIDOUX J,, 2005. The histone H3 acetylase dGcn5 is a key player inmetamorphosis [J]. Molecular and Cellular Biology, 25(18): 8228-8238.

CHEN C J, CHEN H, ZHANG Y,, 2020. TBtools: An integrative toolkit developed for interactive analyses of big biological data [J]. Molecular Plant, 13(8): 1194-1202.

DONG Y H, ZENG Q F, REN J F,, 2020. The chromosome-level genome assembly and comprehensive transcriptomes of the razor clam () [J]. Frontiers in Genetics, 11: 664.

EBERHARTER A, BECKER P B, 2002. Histone acetylation: a switch between repressive and permissive chromatin [J]. EMBO Reports, 3(3): 224-229.

GAN L, WEI Z Z, YANG Z R,, 2021. Updated mechanisms of GCN5-the monkey king of the plant kingdom in plant development and resistance to abiotic stresses [J]. Cells, 10(5): 979.

GAO S Q, LI L Z, HAN X L,, 2021. Genome-wide identification of the histone acetyltransferase gene family in[J]. BMC Genomics, 22(1): 49.

GHOSH S, MARSH E N G, 2020. Viperin: An ancient radical SAM enzyme finds its place in modern cellular metabolism and innate immunity [J]. Journal of Biological Chemistry, 295(33): 11513-11528.

GOODMAN R H, SMOLIK S, 2000. CBP/p300 in cell growth, transformation, and development [J]. Genes & Development, 14(13): 1553-1577.

HO L, CRABTREE G R, 2010. Chromatin remodeling during development [J]. Nature, 463(7280): 474-484.

HODAWADEKAR S C, MARMORSTEIN R, 2007. Chemistry of acetyl transfer by histone modifying enzymes: structure, mechanism and implications for effector design [J]. Oncogene, 26(37): 5528-5540.

IMRAN M, SHAFIQ S, FAROOQ M A,, 2019. Comparative genome-wide analysis and expression profiling of histone acetyltransferase (HAT) gene family in response to hormonal applications, metal and abiotic stresses in cotton [J]. International Journal of Molecular Sciences, 20(21): 5311.

KATOH K, STANDLEY D M, 2013. MAFFT multiple sequence alignment software version 7: improvements in performance and usability [J]. Molecular Biology and Evolution, 30(4): 772-780.

KIM H L, SEO Y R, 2012. Molecular and genomic approach for understanding the gene-environment interaction between Nrf2 deficiency and carcinogenic nickel-induced DNA damage [J]. Oncology Reports, 28(6): 1959-1967.

KOUTELOU E, FARRIA A T, DENT S Y R, 2021. Complex functions ofandin development and disease [J]. Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Gene Regulatory Mechanisms, 1864(2): 194609.

KOUZARIDES T, 2007. Chromatin modifications and their function [J]. Cell, 128(4): 693-705.

LATRASSE D, BENHAMED M, HENRY Y,, 2008. The MYST histone acetyltransferases are essential for gametophyte development in[J]. BMC Plant Biology, 8: 121.

LI H, YAN S H, ZHAO L,, 2014. Histone acetylation associated up-regulation of the cell wall related genes is involved in salt stress induced maize root swelling [J]. BMC Plant Biology, 14: 105.

LIU X, LUO M, ZHANG W,, 2012. Histone acetyltransferases in rice (L.): Phylogenetic analysis, subcellular localization and expression [J]. BMC Plant Biology, 12: 145.

MAI A, ROTILI D, TARANTINO D,, 2009. Identification of 4-hydroxyquinolines inhibitors of p300/CBP histone acetyltransferases [J]. Bioorganic & Medicinal Chemistry Letters, 19(4): 1132-1135.

MUSCO G, PETERSON P, 2008. PHD finger of autoimmune regulator: an epigenetic link between the histone modifications and tissue-specific antigen expression in thymus [J]. Epigenetics, 3(6): 310-314.

PADGETT L R, LENTINI J M, HOLMES M J,, 2018. Elp3 and RlmN: A tale of two mitochondrial tail-anchored radical SAM enzymes in[J]. PLoS One, 13(1): e0189688.

PATEL D J, WANG Z X, 2013. Readout of epigenetic modifications [J]. Annual Review of Biochemistry, 82(1): 81-118.

REN C, ZENG L, ZHOU M M, 2016. Preparation, biochemical analysis, and structure determination of the bromodomain, an acetyl-lysine binding domain [J]. Methods in Enzymology, 573: 321-343.

RONQUIST F, HUELSENBECK J P, 2003. MrBayes 3: Bayesian phylogenetic inference under mixed models [J]. Bioinformatics, 19(12): 1572-1574.

STRUHL K, 1998. Histone acetylation and transcriptional regulatory mechanisms [J]. Genes & Development, 12(5): 599-606.

VOSS A K, THOMAS T, 2009. MYST family histone acetyltransferases take center stage in stem cells and development [J]. BioEssays, 31(10): 1050-1061.

WAZIRI A, SINGH D K, SHARMA T,, 2020. Genome-wide analysis of PHD finger gene family and identification of potential miRNA and their PHD finger gene specific targets in[J]. Non-coding RNA Research, 5(4): 191-200.

YANG L W, WANG Z A, ZUO H L,, 2021. The LARK protein is involved in antiviral and antibacterial responses in shrimp by regulating humoral immunity [J]. Developmental & Comparative Immunology, 114: 103826.

YAO T P, OH S P, FUCHS M,, 1998. Gene dosage-dependent embryonic development and proliferation defects in mice lacking the transcriptional integrator p300 [J]. Cell, 93(3): 361-372.

YIN Z Y, CHEN C, YANG J,, 2019. Histone acetyltransferase MoHat1 acetylates autophagy-related proteins MoAtg3 and MoAtg9 to orchestrate functional appressorium formation and pathogenicity in[J]. Autophagy, 15(7): 1234-1257.

ZENG L, ZHOU M M, 2002. Bromodomain: an acetyl-lysine binding domain [J]. FEBS Letters, 513(1): 124-128.

GENOME-WIDE IDENTIFICATION AND EXPRESSION ANALYSIS OF THE HISTONE ACETYLTRANSFERASE () GENE FAMILY INUNDER ENVIRONMENTAL AND BACTERIAL STRESSES

LIAN Jia-Ying1, LYU Li-Yuan2, YAO Han-Han1, DONG Ying-Hui1, 2, LIN Zhi-Hua1, 2

(1. College of Biological and Environmental Sciences, Zhejiang Wanli University, Zhejiang Key Laboratory of Efficient Utilization Technology of Aquatic Germplasm Resources, Ningbo 315100, China; 2. Ninghai Institute of Mariculture Breeding and Seed Industry, Zhejiang Wanli University, Ningbo 315604, China)

Histone acetyltransferases (HATs) controls the regulation of body growth and the response to environmental stress. However, little is known about HATs in marine mollusks at present. The razor clamis a typical bivalve living in tidal flats and currently faces extreme environmental challenges. To understand the evolutionary dynamics ofgene family in shellfish, phylogenetic relationships and gene expression patterns ofin() at different developmental stages, environmental stresses, and bacterial infection were analyzed and compared. A total of 11genes identified fromgenome could be divided into three subfamilies (GNAT, MYST, and p300/CBP) in sequence homology. The protein structure prediction showed that ScHAT members belonging to each subfamily were conserved in protein domains and motifs. Gene expression analysis revealed that the expression levels ofwas generally higher in the early developmental stage than that in the late stage.,,,andwere expressed differentially in gills against ammonia-N stress (<0.05).showed similar expression pattern in gills and hepatopancreas under thermal stress, andwere significantly downregulated in hepatopancreas. Additionally, expressions ofincreased dramatically afterinfection (<0.05). Therefore,is an important class of genes in the development and immune defense of. This study provides a theoretical foundation for further understanding the evolution and function ofgene family in mollusks.

; histone acetyltransferase; gene family; environmental stress; bacterial infection; gene expression

*浙江省農(nóng)業(yè)新品種選育重大科技專項, 2021C02069-7號; 寧波市“科技創(chuàng)新2025”重大專項, 2021Z114號, 2019B10005號; 寧波市自然科學基金, 202003N4191號; 國家海洋水產(chǎn)種質資源庫課題。練佳瑩, 碩士研究生, E-mail: ljy148369@163.com

林志華, 博士生導師, 研究員, E-mail: zhihua9988@126.com; 董迎輝, 博士生導師, 教授, E-mail: dongyinghui118@ 126.com

2021-10-10,

2021-11-17

S968.3; Q953; Q789

10.11693/hyhz20211000239