羅氏沼蝦轉錄組免疫相關SNP的挖掘與分析

唐修陽　王傳聰　項杰　歐江濤　王資生

摘要：為了挖掘羅氏沼蝦免疫相關單核苷酸多態性（SNP），采用第二代高通量測序技術，對羅氏沼蝦的肝胰腺進行轉錄組深度測序分析。結果發現SNP位點37 589個，其中轉換25 188個，顛換12 401個。再對SNP所在的基因進行GO（gene ontology）分類和KOG注釋，分別篩選到2 451個有GO注釋和2 458個有KOG注釋的SNP，并重點對4個重要免疫通路的145個免疫相關基因，篩選出129個SNP位點。相關研究結果將為進一步系統挖掘免疫相關SNP的分子遺傳標記奠定基礎，為羅氏沼蝦疾病防控和選育抗病新品種提供科學參考。

關鍵詞：羅氏沼蝦;轉錄組;SNP;高通量測序技術;免疫;抗病

中圖分類號： S942.5? 文獻標志碼： A? 文章編號：1002-1302（2019）04-0145-04

羅氏沼蝦（Macrobrachium rosenbergii）又名馬來西亞大蝦、淡水長臂蝦等，廣泛分布在江蘇、廣東和浙江等17個省（市、自治區），年產量超過12萬t，是重要的淡水養殖經濟蝦種之一[1-2]。近年來，由于種質退化、病原滋生等原因，造成羅氏沼蝦養殖生產中存在生長緩慢、抗病性減弱以及繁殖力下降等問題，給我國漁業帶來嚴重的經濟損失，同時也制約了水產甲殼類動物的可持續發展，相關問題的解決現已提上日程[3-4]。

單核苷酸多態性（single nucleotide polymorphism，簡稱SNP），通常是指基因組中單個堿基變異所引起的遺傳多態性，其變異類型主要包括轉換、顛換、缺失和插入。單堿基突變，可導致蛋白發生變異，從而影響生命體有關性狀的生物學功能;已有大量研究表明，許多免疫通路中關鍵基因的SNP是很好的分子免疫遺傳標記，在宿主的疾病防控和抗病育種中具有十分重要的意義[5-7]。

通過轉錄組測序技術，結合物種基因組信息，可以更容易地找到與目標性狀相關的SNP。本研究通過對羅氏沼蝦肝胰腺轉錄組的深度測序分析，篩選出大量SNP位點，并對這些SNP所在的基因進行功能注釋，重點對重要免疫通路中的關鍵基因進行了系統的免疫相關SNP的挖掘與篩選。相關結果將為羅氏沼蝦的抗病研究提供新的方法與思路，可為下一步抗病分子設計育種提供科學的理論與試驗依據。

1 材料與方法

1.1 試驗動物與螺原體感染

動物的感染試驗于2013年在南京師范大學的江蘇省水生甲殼動物病害重點實驗室開展，試驗動物為100尾羅氏沼蝦，個體質量為20～25 g，螺原體檢測結果均為陰性，于26～28 ℃水溫養殖備用。螺原體在R2液體培養基中于30 ℃孵育48 h，待其生長到對數期備用[8]，將羅氏沼蝦均分成2組。對照組注射100 μL無螺原體的R2培養基;試驗組注射 100 μL 含螺原體MR-1008的R2培養基。

1.2 羅氏沼蝦肝胰腺轉錄組數據的獲得和SNP檢測

肝胰腺組織總RNA采用Trizol（Invitrogen公司）提取法提取，提取產物通過Agilent 2100 Bioanalyzer（美國）（D260 nm/D280 nm為1.8～2.2）和15 g/L瓊脂糖凝膠電泳進行質檢（28S rRNA/18S rRNA>1.0），樣品質檢合格。用干冰保護并送往杭州聯川生物技術股份有限公司，然后按照Illumina公司的測序標準進行測序。由于測序存在一定錯誤，本研究以測序深度大于100為閾值避免假陽性SNP的產生，使用SOAPsnp軟件分析SNP位點信息。

1.3 GO（gene ontology）和KOG功能分析

把SNP所在的基因映射到羅氏沼蝦GO注釋文件中，并在WEGO（http：//wego.genomics..org.cn/）中對這些基因進行GO功能分類統計。以KOG數據庫為參考，對這些基因的功能進行分析。

1.4 挖掘免疫相關SNP

根據測序得到的整個羅氏沼蝦肝胰腺轉錄組中的SNP，結合挖掘到的Toll、IMD、JAK/STST和MAPK 4個免疫通路中的免疫因子，進行免疫相關SNP的挖掘。

2 結果與分析

2.1 樣品質量檢測

采用Trizol方法提取肝胰腺組織的總RNA，通過瓊脂糖凝膠電泳檢測，圖1顯示，5S、18S和28S RNA條帶清晰，28S RNA條帶亮度是18S RNA條帶亮度的2倍關系，紫外分光光度D260 nm/D280 nm測定結果為1.9～2.0，說明RNA提取的質量較好。

2.2 SNP分子標記篩選

通過SOAPsnp軟件分析， 發現潛在SNP位點37 589個，其中轉換25 188個，顛換12 401個，轉換的SNP位點數約占2/3，明顯高于顛換。對不同轉錄本中SNP數量進行統計發現，大部分轉錄本中的SNP數量少于6個（圖2）。

2.3 含SNP位點Unigene（SNP-Unigenes）的功能注釋

將得到注釋的7 062個Unigenes與GO、KOG數據庫中的蛋白序列進行BLAST比對，取閾值e≤10-10，分別篩選到 2 451 個有GO注釋和2 458個有KOG注釋的SNP標記。

GO是適用于各物種，且不斷更新描述和限定基因與蛋白功能的語言詞匯標準，SNP-Unigenes的GO分類結果見圖3。通過軟件對獲得GO注釋的基因從分子生物學功能（molecular function）、生物學途徑（biological process）和細胞組件（cellar component）3方面進行聚類分析。

KOG是真核生物直系同源蛋白簇（clusters of orthologous groups for eukaryotic complete genomes），共分為24類。結果顯示，在一般功能預測（general function prediction only，479個），翻譯后的修飾、蛋白周轉、分子伴侶（posttranslational modification，protein turnover，chaperones，303個）和信號轉導機制（signal transduction mechanisms，193個）3個方面聚集的最多，細胞運動（cell motility，3個）最少（表1和圖4）。

2.4 免疫相關SNP篩選

對于Toll、IMD、JAK/STST和MAPK 4個主要免疫通路，本研究通過篩選得到145個免疫關鍵基因，并挖掘到129個SNP位點（表2）。其中4個通路中這145個基因相關免疫SNP數分別為1、10、27、91個。這些SNP位于5′區、CDS區（蛋白質編碼區）和3′區的SNP所占比例分別為6.98%、5349%、3953%，位于CDS區的SNP數量超過總數量的1/2。

3 討論

本研究發現潛在SNP位點37 589個，SNP發生頻率是 1 152 bp 中就有1個SNP，與Jung等對羅氏沼蝦的表達序列標簽（EST）分析得出的945 bp 1個SNP[9]和人基因組中1 kb 1個SNP[10]大致同等水平，較低于中華絨螯蟹的189 bp 1個SNP[11]和大西洋鮭的641 bp 1個SNP[12]。這些SNP的發現豐富了水產甲殼動物的分子標記的數據，為促進分子標記挖掘和育種提供了分子材料。尤其是針對4個免疫通路145個免疫關鍵基因中挖掘到129個SNP位點， 經過后續的試驗驗證和實踐應用，這些免疫候選標記將可能為蝦類培育出具有強抗病性的新品種。

參考文獻：

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