胚の低温応答による遺伝子発現の変化

Gene expression changes in response to low temperatures in embryos of the kelp grouper, Epinephelus moara.

• Zhang-Fan Chen
• Yong-Sheng Tian
• Wen-Hui Ma
• Jie-Ming Zhai

抄録

コンブハタは経済的価値が高く、中国では漁業や養殖に利用されている。これまでの研究では、16～22ソマイト期の胚を4℃、-25.7℃、-140℃、-196℃で処理し、各群で生存胚を得ることに成功した。低温による分子変化をよりよく理解するために、4℃で30分曝露した胚、-25.7℃で30分曝露した胚、対照群の比較トランスクリプトーム解析を行った。MAPKシグナル伝達経路に関与するc-Fos, c-Jun, JunD, GADD45は、胚を低温に曝露することで発現が増加した。また、環境ストレスに迅速に反応する即時初期遺伝子であるEgr-1a,bやIER2も同様に発現が増加した。Hsp70は即時初期遺伝子と同様の発現パターンを示した。一方、転写因子Sox、HES、TFIID、筋運動関連遺伝子、タンパク質合成関連遺伝子の発現は低下していた。以上のことから、モアラ胚では冷却によって遺伝子の発現パターンが変化することが示唆された。これらの遺伝子は、神経の活性化、アポトーシス、増殖、分化、細胞の回復、ヒートショックの制御など、低温に対する細胞の抵抗性に関与している可能性がある。本研究では、低温に曝されたE. moara胚のトランスクリプトームデータセットも提供されており、今後の凍結保存の分子効果に焦点を当てた研究のためにも有用である。

The kelp grouper Epinephelus moara has high economic value and is popular in fisheries and aquaculture in China. In the previous study, we treated the embryos at 16-22 somite stage at 4 °C, -25.7 °C, -140 °C and -196 °C, and successfully obtained surviving embryos in each group. To better understand the molecular changes affected by the low temperatures, we conducted a comparative transcriptome analysis among embryos exposed at 4 °C for 30 min, embryos exposed at -25.7 °C for 30 min and the control group. qPCR assays were conducted for the validation. Signal transduction pathways were highly enriched for the differentially expressed genes. c-Fos, c-Jun, JunD, GADD45, involved in MAPK signaling pathway, were upregulated when embryos were treated at low temperatures. As immediate early genes, Egr-1a and b, and IER2, that respond quickly to the environment stress, their expression increased as well. Hsp70 showed similar expression pattern as immediate early genes. Meanwhile, transcription factors Sox, HES, TFIID, muscle movement and protein synthesis-related genes were downregulated. Taken together, our findings suggest that cooling disrupts gene expression patterns in E. moara embryos. The differentially expressed genes may be involved in cellular resistance against low temperatures, possibly through neural activation, apoptosis, proliferation, differentiation, cellular recovery and heat shock regulation. This study also provides transcriptome dataset of E. moara embryos exposed to cold temperatures for future studies focusing on the molecular effects of cryopreservation.

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