翹嘴鱖miR-146a在胚胎發育過程中的表達及溫度對其表達的影響

朱　鑫，易　潭，陳　琳，吳　萍，汪建華，陳　韜，張建社，褚武英

(1. 長沙學院生物與環境工程系，中國 長沙　410003；2.湖南農業大學動物醫學院，中國 長沙　410128)

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翹嘴鱖miR-146a在胚胎發育過程中的表達及溫度對其表達的影響

朱鑫1, 2#，易潭1,2#，陳琳1，吳萍1，汪建華1，陳韜2，張建社1，褚武英1

(1. 長沙學院生物與環境工程系，中國 長沙410003；2.湖南農業大學動物醫學院，中國 長沙410128)

摘要為了解翹嘴鱖胚胎發育中miR-146a的表達規律以及溫度對miR-146a表達的影響，將翹嘴鱖受精卵分別在22 ℃和25 ℃水溫下孵化，并利用實時熒光定量方法檢測miR-146a在各個發育階段的表達．結果顯示，在22 ℃孵化時，miR-146a的表達在原腸期前處于較高水平且各時期表達沒有顯著性差異(P>0.05)，在尾芽期后出現顯著性降低(P<0.05)，并在出膜時達到最低值；在25 ℃孵化時，miR-146a的表達直到神經胚期仍處于較高水平且各時期表達沒有顯著性差異(P>0.05)，發育進入尾芽期后表達顯著降低(P<0.05)，在肌效期達到最低值；miR-146a在25 ℃水溫孵化時的表達較22 ℃孵化同時期的表達都出現顯著降低(P<0.05)．研究表明，miR-146a可能主要在胚胎發育后期起到調控胚胎發育的作用，在尾芽期后通過下調表達來促進胚胎的發育；并且溫度能影響miR-146a的表達，溫度升高會降低miR-146a在胚胎發育各個時期的表達，將有利于胚胎的發育．

關鍵詞翹嘴鱖；miR-146a；發育性表達；胚胎發育；溫度調節

ExpressionAnalysisofSiniperca ChuatsiMiR-146aDuringEmbryonic

上世紀80年代，隨著鱖魚人工繁殖獲得成功，我國開始大規模推廣鱖魚養殖，使之成為我國主要名貴養殖魚類之一．翹嘴鱖因其肉質細嫩而鮮美，無小刺，且富含蛋白質，現已成為水產品市場的緊俏商品和水產養殖業的重要品種[1]．深入探索翹嘴鱖的發育機制能夠為魚類發育生物學研究和水產養殖提供一些有價值的參考資料．

microRNA(miRNA) 是真核生物中一類進化上保守的參與調控基因表達的非編碼小分子RNA．它通過與靶基因3′端非翻譯區互補配對來促進靶mRNA降解或翻譯抑制，在基因表達中起著負調控作用[2-3]．miRNA在胚胎發育、細胞增殖與分化、腫瘤發生和新成代謝等一系列生物過程中發揮重要的作用[4-5]，但是有關miRNA在胚胎的表達特性及其在魚類早期發育中的功能研究還很少．早期的研究表明miRNA對胚胎發育起到重要作用．鼠和人的胚胎干細胞在發育形成胚胎小體時，胚胎干細胞中一些特定的miRNA的表達會下調[6-7]，缺失miRNA的鼠和斑馬魚胚胎在原腸胚形成、神經發育、體節形成時出現發育畸形甚至停滯[8-9]．Kuang等[10]發現miR-146a能夠與Numb基因的3′端非翻譯區互補配對，并且驗證了miR-146a能夠抑制Numb的表達，而Numb調控的靶基因Notch參與一系列胚胎發育和形態形成過程，如成肌細胞的增殖、神經發育和體節形成[11]，因此可以推斷miR-146a很可能參與調控胚胎的發育．

水溫可以改變胚胎發育所需時間，較高的孵化溫度能加速魚類胚胎的發育速率，縮短孵化所需的時間[12]．何利君[13]的研究顯示，翹嘴鱖胚胎發育在21，25和27 ℃下，分別經過74.05，56.73和48.37h孵育后出膜．在適宜溫度范圍內，適當升溫可以加快胚胎發育的進程，但miRNA是否參與到水溫影響翹嘴鱖胚胎發育的分子機制中尚不明確．在本研究中，我們分別在22和25℃水溫下孵化翹嘴鱖的受精卵，并利用實時熒光定量的方法檢測miR-146a在幾個重要發育階段的表達，以此了解miR-146a在胚胎發育進程中的表達模式及水溫對miR-146a表達的影響．

1材料與方法

1.1實驗魚

實驗用親魚為湖南省水產科學研究所無病無傷、體格健壯、性腺成熟度好的翹嘴鱖，雌性個體為體質量1.0kg以上的2～4齡魚，雄性個體為體質量0.75kg以上的2～4齡魚．

1.2方法

1.2.1不同溫度下胚胎的孵化和取樣使用寧波市激素制品有限公司生產的絨毛膜促性腺激素(HCG)、促黃體生成素釋放激素類似物和鯉鯽魚腦垂體(PG)對親魚進行人工催產，操作方法參考劉希良[14]等文獻報導．將受精卵置于直徑15cm的玻璃培養皿中，每個培養皿放200～300顆，分別在22 ℃和25 ℃的水溫中孵化．期間，每半小時更換一次曝氣水以保證溶氧充足．自受精后定時將翹嘴鱖魚卵置于顯微鏡下觀察翹嘴鱖胚胎的發育進程，當所有魚卵半數以上達到某個時期時確定為到達該時期．當受精卵進入二細胞、囊胚、原腸、神經、尾芽、肌效、心搏、出膜期時,分別取適量受精卵置于裝有Trizol的2mL離心管中，每個時期取5管平行樣，置于-20 ℃冰箱保存．

1.2.2總RNA的提取及cDNA第一鏈的合成保存于Trizol中的受精卵用破口槍頭吸打數次，直至胚胎全部破碎，然后置于裝有1mLTrizol的離心管中．總RNA提取流程參照TrizolReagent(Invitrogen)說明書操作．所有總RNA樣品分別取1μL作為模板，按照OneStepPrimeScriptmiRNAcDNAsynthesisKit試劑盒(寶生物公司，大連)的說明進行逆轉錄，合成的cDNA第一鏈，于4 ℃冰箱保存待用．

1.2.3實時熒光定量檢測miR-146a的表達根據Chu等[15]建立的鱖魚miRNA文庫，設計miR-146a特異性的上游引物，以管家基因β-actin作為胚胎發育階段樣品的內參基因[16]．用Primer5.0軟件設計熒光定量PCR的引物，引物由上海鉑尚生物公司合成 (見表1)．取2μL逆轉錄好的cDNA為模板，加入12.5μLSYBRPremixExTaqⅡ (寶生物公司, 大連)，1μL特異性的上游引物和1μL通用下游引物(Uni-miRqPCRPrimer, 10μmol/L, 寶生物公司)， 8.5μL的無菌水，總體積25μL，擴增反應在Bio-RadCFX96system(USA)上進行．擴增條件為：(1)95 ℃預變性60s；(2)擴增和定量，95 ℃變性5s，60 ℃退火和延伸25s，重復40個循環．(3) 繪制融解曲線(65～95 ℃，每0.1 ℃檢測一次熒光值)．

表1　熒光定量檢測用引物

注：miR-146a定量所使用的下游引物為通用引物，序列未公布，購自寶生物工程(大連)有限公司(濃度：10μmol/L)．

1.2.4數據處理相對表達結果計算公式為R=2-ΔΔCt，其中Ct值為PCR反應循環閾值，ΔΔCt的計算公式為：ΔΔCt=(Ct目的基因-Ct內參基因)實驗組-(Ct目的基因-Ct內參基因)對照組．采用SPSS12.0軟件對所得相對表達豐度數據進行單因素方差分析(One-wayANOVA)，并采用最小顯著差數法(LSD)進行多重比較(P<0.05表示顯著性差異，P<0.01表示差異極顯著)，結果以平均值±標準誤差(Mean±SE，n=5)表示．

2結果與分析

2.1miR-146a在胚胎發育性表達

有文獻報道miRNA在不同的細胞和不同的發育階段有差異性的表達，并且它們參與細胞的生長、分化以及凋亡等過程[17-18]．目前miRNA在魚類胚胎發育階段的表達研究還較少，且暫未有文獻報道miR-146a在魚類胚胎的發育性表達．圖1結果顯示，胚胎在22 ℃水溫孵化下，miR-146a的表達在發育早期處于較高水平，其中原腸期前的各時期表達沒有顯著性差異，進入尾芽期后顯著性地降低，并持續降低，在出膜期時達到最低水平．而在25 ℃孵化時，miR-146a的表達在神經期前處于較高水平且各時期都沒有顯著性差異，在尾芽期顯著性地降低，在肌效期達到最低值，心搏期和出膜期處于較低水平并且之間沒有顯著性差異(圖1)．

圖1　miR-146a在翹嘴鱖受精卵不同發育時期的相對表達情況．A和B分別為miR-146a在22 ℃和25 ℃水溫孵化下不同時期的發育性表達．相對表達值為平均值±標準誤差(n=5)．不同的字母代表存在顯著性差異(P<0.05)Fig.1　Detection of miR-146a expression at different embryonic developmental stages. A, B represent miR-146a expressed at different embryonic developmental stages when incubation under 22 ℃and 25 ℃ water temperature, respectively. Values are the mean ±SE, n=5. The different letters indicate significant differences between columns (P<0.05)

2.2miR-146a在不同溫度孵化下的差異性表達

圖1的結果顯示溫度影響了miRNA在胚胎發育中的表達．當比較胚胎發育同一時期在22 ℃和25 ℃水溫孵化下miR-146a的表達時發現，miR-146a在25 ℃水溫孵化時的表達較22 ℃孵化下同時期的表達都出現顯著性地降低，其中除出膜期外，其他時期的表達差異極顯著(P<0.01)(圖2)．

圖2　miR-146a在翹嘴鱖受精卵不同水溫孵化下，同一時期的差異性表達．每個時期均以22 ℃孵化下的表達值作為對照，*代表顯著性差異(P<0.05)，**代表差異極顯著(P<0.01)Fig.2　The contrastive expression of miR-146a incubated under different water temperature. The data was expressed as the relative change compared with the expression level of each stage incubated under 22 ℃, asterisk (*) indicates significant difference (P<0.05), double asterisk (**) indicates significance at P<0.01

3討論

miR-146a最初被發現在miRNA中參與天然免疫應答，當單核細胞受到細菌內毒素侵襲時，miR-146a的表達顯著上調[19]．近年來許多文獻報道，miR-146a調節的許多靶基因參與了細胞分化的作用，但這些研究主要集中在分析miR-146a對造血細胞的分化作用，而miR-146a對胚胎發育的作用暫未見到相關報道．Kuang等[10]的研究驗證了miR-146a能夠抑制Numb的表達．Numb是一種進化保守蛋白，其作為內源性細胞命運決定因子，對細胞分裂的命運起決定作用．Numb對胚胎早期神經和肌肉的發育作用也已經被證明[20-21]．Numb作為一個重要的細胞命運決定蛋白，參與Notch的負性調控，兩者的平衡決定了細胞分化的方向[22]．Notch信號轉導通路作為生物發育分化中高度保守的通路，通過與配體的相互作用產生級聯瀑布效應，參與細胞發育過程中分化方向的選擇，并對細胞的增殖及凋亡也起著重要的作用[23-24]．Notch信號通路在胚胎發育中起到調節細胞增殖和決定細胞命運的作用[25]．激活Notch信號能夠促進肌原細胞的增殖，并降低MyoD和myogenin的表達來延遲成肌細胞的分化[26]．miR-146a及其靶基因的研究為進一步了解miR-146a在胚胎發育中潛在的作用提供了一些重要的理論依據．

翹嘴鱖miR-146a胚胎發育性表達結果顯示，在22 ℃和25 ℃水溫孵化下，miR-146a表達規律趨勢總體相似，但在不同溫度下，miR-146a的表達在幾個時期經歷了微調，說明溫度確實影響了miR-146a的表達．本文結果顯示在胚胎發育早期(二細胞到神經胚期)miR-146a的表達趨于穩定且處于較高水平(除22 ℃神經胚期有顯著性上升)，在進入尾芽期后表達都顯著性地降低．Giraldez等[27]的研究表明miRNA的作用并不是在發育早期決定細胞的命運而是影響發育后期組織的發育和形成，而在神經胚期前胚胎的大部分組織器官還未開始分化，本文結果與Giraldez等的結論相符．胚胎發育經過神經胚期后，是器官形成的主要階段，而本文結果顯示miR-146a的表達在尾芽期顯著降低，表明miR-146a的靶基因在這個階段后受到其抑制作用將明顯降低，并推測miR-146a的靶基因的作用可能是促進胚胎發育的．Kuang等[10]的研究發現Numb是miR-146a的靶基因，Numb能夠促進胚胎早期神經和肌肉的發育[20-21]，Numb參與調節的Notch信號通路也對胚胎的發育起到重要的作用．

溫度是影響魚類胚胎發育的一個主要的外在因子．大量研究表明，在適宜溫度下，隨著水溫的升高，胚胎的發育進程加快，孵化所需時間縮短[28-29]，但是miRNA的表達是否受到溫度的影響還未見相關報道．從圖2可以看出，在25 ℃孵化時，miR-146a在不同階段的表達都比22 ℃時出現顯著性降低．這一結果表明溫度升高能降低miR-146a的表達，從而調節胚胎的發育．有研究表明肌纖維增生和增粗的速率在較高的水溫孵化時都會升高，但是溫度對肌纖維的增粗效果強于增生[5]．在25 ℃孵化時，miR-146a的表達顯著性降低能增強Numb對Notch信號通路的抑制作用，促進成肌細胞的分化，從而有利于胚胎中肌肉組織形成．這一結果表明了miR-146a在參與水溫調節胚胎發育的過程中是通過下調來促進發育的．

4結論

研究表明，miR-146a在胚胎發育早期(神經期前)的作用不明顯．在胚胎發育后期(尾芽期至出膜)，miR-146a通過下調其表達來促進胚胎的發育．而水溫升高能顯著降低miR-146a在胚胎發育每個時期的表達，減少其對靶基因Numb的抑制，發揮促進細胞分化的作用，從而有利于胚胎發育的進程．

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(編輯王健)

DevelopmentandEffectofTemperatureonMiR-146aExpression

ZHU Xin1,2#, YI Tan1,2#, CHEN Lin1,WUPing1,WANGJian-hua1,

CHEN Tao2,ZHANGJian-she1, CHU Wu-ying1*

(1.DepartmentofBiologicalandEnvironmentalEngineering,ChangshaUniversity,Changsha410003,China;

2.CollegeofVeterinaryMedicine,HunanAgricultureUniversity,Changsha410128,China)

AbstractTo investigate the expression pattern of miR-146a in embryonic developmental stage and the effect of temperature on the expression of miR-146a in Siniperca chuatsi, the embryos were incubated under different temperatures and the expression of miR-146a during embryonic developmental stage was detected by RT-qPCR. The results showed that the expressions of miR-146a were at a higher level and there is no significant difference before gastrula stage when the embryos incubated under 22 ℃ (P>0.05). And then the expressions of miR-146a decreased after tail-bud stage and decreased to the lowest level at larval stage (P<0.05). When the embryos incubated under 25 ℃, the expressions of miR-146a were at a higher level and there is no significant difference till neurula stage (P>0.05). Once at tail-bud stage, the expression of miR-146a significantly decreased (P<0.05) and to the lowest level at muscular effect stage. It was interesting that the expressions of miR-146a were significantly decreased at each developmental stage incubated under 25 ℃ when compared with 22 ℃ incubation (P<0.05). The results indicated that miR-146a mainly involved in regulating embryonic development during later embryonic developmental stages and promoted embryonic development by down regulation its expression. In addition, the expressions of miR-146a could decrease when the incubation temperature increased, and miR-146a might involve in the effect of temperature on embryonic development of Siniperca chuatsi.

Key wordsSiniperca chuatsi; miR-146a; developmental expression; embryonic development; temperature regulation

中圖分類號Q752; S917.4

文獻標識碼A

文章編號1000-2537(2015)05-0021-06

通訊作者*,E-mail：chuwuying18@sina.com

基金項目：#本文同等貢獻作者.

收稿日期：2014-12-15

DOI:10.7612/j.issn.1000-2537.2015.05.004