彭冰冰,賓東超,周于娜,楊志會,蔡小輝,彭銀輝
( 1.北部灣大學 海洋學院,廣西北部灣海洋生物多樣性養(yǎng)護重點實驗室,廣西 欽州 536011; 2.北海市漁業(yè)技術(shù)推廣站,廣西 北海 536000; 3.邢臺市農(nóng)業(yè)農(nóng)村局,河北 邢臺 054000 )
方格星蟲(Sipunculusnudus),也稱光裸方格星蟲,又名“海人參”,屬星蟲動物門、方格星蟲科、方格星蟲屬,廣泛分布在灘涂或淺海區(qū)域,廣西北部灣海域自然資源最豐富[1]。方格星蟲營養(yǎng)豐富、味道鮮美,含豐富的蛋白質(zhì)、多種氨基酸以及多種微量元素,具有抗疲勞、抗氧化、抗病毒、降血壓、祛濕、清肺補虛等醫(yī)藥價值,素有“海洋冬蟲夏草”的美譽[2-4]。
實時熒光定量PCR(qRT-PCR)是一種核酸定量技術(shù),可以實現(xiàn)對初始模板的定量分析,具有定量準確、靈敏度高、特異性強等優(yōu)點,在分子生物學研究領(lǐng)域的基因表達分析中發(fā)揮著重要作用[5]。但是在用實時熒光定量PCR技術(shù)對某一目的基因的不同樣品的表達量進行數(shù)據(jù)處理和分析時,會受到起始RNA質(zhì)量和數(shù)量、反轉(zhuǎn)錄效率、擴增效率以及不同細胞和組織間的差異等變量的影響[6]。因此要選擇表達水平相對穩(wěn)定的內(nèi)參基因?qū)δ康幕虻谋磉_量進行參考和校正,確保結(jié)果的可信度[7]。同一組織的內(nèi)參基因的表達基本沒有差別,但是不同種類、不同試驗條件的內(nèi)參基因表達量并不一致,用不同內(nèi)參基因校正會得到不一樣的結(jié)果,所以選擇合適的內(nèi)參基因是試驗的必要前提。
通過查閱相關(guān)文獻并結(jié)合前期獲得的方格星蟲發(fā)育轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)庫,共篩選出肌動蛋白家族(Actin1)、微管蛋白家族(α-Tub1)、核糖體蛋白(RPL13-b)、延伸因子1-α(EF1-α2)、H3-b(組蛋白)、甘油醛-3-磷酸脫氫酶(GAPDH1)6個方格星蟲生命活動所必需的基因作為候選內(nèi)參基因。肌動蛋白是一種細胞骨架蛋白,對細胞分裂、細胞運動以及細胞骨架的維持有重要作用,在多種植物的不同發(fā)育時期的花瓣和不同組織中均表現(xiàn)出較好的穩(wěn)定性[8];α-Tub1基因是控制表達維持細胞骨架的基本組分蛋白基因[9],一些研究者指出,其為表達較為穩(wěn)定的內(nèi)參基因[10];核糖體蛋白是真核生物核糖體中表達豐富的一類蛋白,在蛋白合成、核糖體裝配以及細胞的增殖和分化中起重要作用,RPL13-b基因作為穩(wěn)定的內(nèi)參基因用于多個物種實時熒光定量PCR中[11];延伸因子1-α是在mRNA翻譯時促進肽鏈延伸的蛋白因子,具有保守性和穩(wěn)定性[12];H3-b基因參與染色質(zhì)的組裝,協(xié)調(diào)折疊、包裝DNA,通過調(diào)節(jié)基因的表達調(diào)控細胞的分裂、凋亡以及DNA的修復等細胞生命過程,在進化過程中高度保守[13];甘油醛-3-磷酸脫氫酶是糖酵解反應中的一種反應酶,具有修復DNA、促進細胞凋亡、調(diào)節(jié)組蛋白等多種作用[14],有較好的穩(wěn)定性[15]。應用實時熒光定量PCR對方格星蟲組織中的內(nèi)參基因的表達量進行檢測,篩選出相對穩(wěn)定表達的內(nèi)參基因并驗證,結(jié)果將為方格星蟲目的基因的定量分析提供參考。
本試驗所用方格星蟲個體采自北部灣福成海域。使用鹽酸普洛卡因(0.25%~0.5%)浸泡方格星蟲5~10 min用于麻醉[16]。使用1 mL一次性注射器抽取方格星蟲體腔液于裝有CAD抗凝劑的離心管中,12 000 r/min離心5 min(離心機型號:sigma 2-16KP),獲取血淋巴細胞,-80 ℃保存?zhèn)溆?。使用剪刀剖取方格星蟲蟲體的體壁肌肉、吻、腎管、腦、腸道、收吻肌、食道,立即投入到液氮中,并轉(zhuǎn)移至-80 ℃冰箱保存待用。
1.2.1 總RNA提取
將方格星蟲組織轉(zhuǎn)移至500 μL Trizol中,按照TransZol Up說明書(Invitrogen,USA)提取各方格星蟲組織的RNA。取2 μL RNA樣品用核酸蛋白測定儀測定濃度和純度,1%瓊脂糖凝膠進行電泳檢測完整性。
1.2.2 cDNA合成
按照北京全式金生物技術(shù)有限公司的TransScript?One-Step gDNA Removal and cDNA Synthesis SuperMix 說明書將提取到的方格星蟲組織的RNA合成為cDNA。反應體系(20 μL):2×TS Reaction Mix 10 μL,500 ng total RNA, Random Primer 1 μL,EasyScript?RT/RI Enzyme Mix 1 μL, gDNA Remover 1 μL。擴增程序為:42 ℃反應59 min;85 ℃ 5 s,使EasyScript?RT/RI Enzyme和gDNA Remover失活;4 ℃保存。合成的cDNA于-20 ℃保存?zhèn)溆?,用于實時熒光定量PCR分析。
1.2.3 基因引物選擇和實時熒光定量PCR擴增
方格星蟲6個候選內(nèi)參基因(EF1-α2、α-Tub1、RPL13-b、Actin1、H3-b和GAPDH1)和免疫球蛋白(IgGFc-binding protein)基因序列為本課題組構(gòu)建的方格星蟲肌肉組織轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù),根據(jù)在線軟件Primer3設(shè)計(表1),并于江蘇東玄基因科技有限公司合成。實時熒光定量PCR檢測內(nèi)參基因特異性,以方格星蟲腦組織的cDNA為模板,反應體系(12.5 μL):cDNA 0.5 μL,引物F和R各0.5 μL,r Taq 6 μL,超純水5 μL。反應程序:95 ℃ 5 min;95 ℃ 30 s,55 ℃ 40 s,72 ℃ 30 s,35個循環(huán);72 ℃ 10 min,16 ℃ 保存。反應完成后,取5 μL的擴增產(chǎn)物用1%瓊脂糖凝膠電泳進行檢驗。
表1 本試驗所用的引物序列Tab.1 Primer sequences used in this study
1.2.4 實時熒光定量PCR擴增
參照北京全式金生物技術(shù)有限公司的TransScript?Green qPCR SuperMix試劑盒說明書,QuantStudioTM 6 Flex Real-Time PCR System儀器上進行反應。反應體系(10 μL): cDNA 0.5 μL,引物F和R各0.4 μL,Passive Reference Day 0.2 μL,Nuclease-free water 3.5 μL。反應程序:95 ℃ 30 s;95 ℃ 5 s,56 ℃ 15 s,72 ℃ 10 s,40個循環(huán);95 ℃ 5 s,70 ℃ 1 min,95 ℃ 15 s。每個反應設(shè)置3個平行。
利用QuantStudioTM 6 Flex Real-Time PCR System軟件獲取引物熔解曲線和Ct值。統(tǒng)計各組平均值,減去每組中最小Ct值,得到ΔCt,并利用公式2-ΔCt得到Q值。應用geNorm、NormFinder和BestKeeper軟件篩選出最穩(wěn)定的內(nèi)參基因并進行內(nèi)參基因驗證試驗。
6個候選內(nèi)參基因擴增產(chǎn)物的瓊脂糖凝膠電泳結(jié)果見圖1,每個候選內(nèi)參基因的引物均擴增出了單一正確的產(chǎn)物,無可見的引物二聚體,說明引物的特異性良好。
圖1 候選內(nèi)參基因擴增產(chǎn)物電泳結(jié)果Fig.1 Amplification products electrophoresis of candidate internal reference genesM.DNA maker; 1—6.Actin1, EF1-α2,H3-b,RPL13-b,GAPDH1 and α-Tub1.
6個候選內(nèi)參基因的熔解曲線見圖2,均為單一的信號峰,說明6個候選內(nèi)參基因擴增后未產(chǎn)生引物二聚體和非特異性條帶。
圖2 內(nèi)參基因的熔解曲線Fig.2 Melt curves of internal reference genesa—f.Actin1, EF1-α2, H3-b, RPL13-b, GAPDH1 and α-Tub1; RFU.relative fluorescence unit.
使用geNorm軟件評估6個候選內(nèi)參基因表達穩(wěn)定性(M),基因的表達穩(wěn)定值越小,表明穩(wěn)定性越高。根據(jù)geNorm軟件計算的表達穩(wěn)定值排列順序為:α-Tub1>Actin1>GAPDH1>EF1-α2>RPL13-b=H3-b(圖3),候選內(nèi)參基因穩(wěn)定性順序為:RPL13-b=H3-b>EF1-α2>GAPDH1>Actin1>α-Tub1,說明表達最穩(wěn)定的基因是RPL13-b和H3-b。
圖3 內(nèi)參基因的表達穩(wěn)定值Fig.3 The expression stability of internal reference gene
利用geNorm程序分析內(nèi)參基因的配對差異值Vn/n+1,結(jié)果顯示V2/3值最小,為0.267,大于程序推薦值0.15(圖4),因此需要3個內(nèi)參基因才能達到校正的目的。
圖4 內(nèi)參基因的配對差異值Fig.4 The pairing differences of internal reference genes
進一步使用NormFinder軟件對6個內(nèi)參基因的表達穩(wěn)定性進行分析,表達穩(wěn)定值越小基因表達就越穩(wěn)定。表達穩(wěn)定值的順序為:α-Tub1>Actin1>H3-b>GAPDH1>EF1-α2>RPL13-b。結(jié)果表明,候選內(nèi)參基因穩(wěn)定性順序為:RPL13-b>EF1-α2>GAPDH1>H3-b1>Actin1>α-Tub1,RPL13-b的表達穩(wěn)定值最小(表2),是表達最穩(wěn)定的基因。
表2 內(nèi)參基因的表達穩(wěn)定值Tab.2 The expression stability of the internal reference genes
使用BestKeeper軟件評估6個候選內(nèi)參基因表達穩(wěn)定性,變異系數(shù)越小表示穩(wěn)定性越高,根據(jù)BestKeeper軟件計算的變異系數(shù)排列順序為:α-Tub1>Actin1>GAPDH1>EF1-α2>H3-b>RPL13-b(表3),則候選內(nèi)參基因穩(wěn)定性順序為:RPL13-b>H3-b>EF1-α2>GAPDH1>Actin1>α-Tub1。結(jié)果表明,RPL13-b的變異系數(shù)最小,是表達最穩(wěn)定的基因。
表3 內(nèi)參基因的變異系數(shù)Tab.3 Coefficient of variation in internal reference genes
為驗證內(nèi)參基因的穩(wěn)定性,在方格星蟲組織試驗體系中分別選擇穩(wěn)定性排名最高和最低的內(nèi)參基因RPL13-b和α-Tub1,對免疫球蛋白基因的表達水平進行分析。采用穩(wěn)定性好的內(nèi)參基因RPL13-b對實時熒光定量PCR數(shù)據(jù)進行校準時,免疫球蛋白基因在吻中表達量最高,在其他組織中表達量較低(圖5)。但是采用最不穩(wěn)定的內(nèi)參基因α-Tub1對實時熒光定量PCR數(shù)據(jù)校準時,免疫球蛋白基因表達水平在收吻肌中表達量最高,血淋巴細胞和吻中次之,其他組織均較低。因此,使用不同內(nèi)參基因標準化免疫球蛋白基因的表達會呈現(xiàn)不同模式。
圖5 不同內(nèi)參基因校準后的目的基因IgGFc-binding protein在方格星蟲組織中的相對表達量Fig.5 Relative expression level of target gene IgGFc-binding protein in peanut worm S. nudus after calibration with different internal reference genes
實時熒光定量PCR是一種靈敏度高、特異性強、重現(xiàn)性好的常用的基因表達分析方法[17-18],但是容易受到試驗中多種變量的影響,需要選定合適的內(nèi)參基因作為校正,內(nèi)參基因即內(nèi)部參照基因,它們在各組織和細胞中的表達相對恒定,在檢測基因的表達水平變化時常以其作為參照物。但是在所有試驗條件下普遍適用的內(nèi)參基因基本不存在[19],董曉麗等[20]在小鼠研究中發(fā)現(xiàn),同一個體不同組織中基因的表達穩(wěn)定性會不同;鮑相渤等[21]在蝦夷扇貝(Patinopectenyessoensis)的相關(guān)研究中發(fā)現(xiàn),在不同處理條件下基因的表達穩(wěn)定性存在差異;王忠偉等[22]在籽鵝的相關(guān)研究中發(fā)現(xiàn),不同發(fā)育時期基因的表達穩(wěn)定性也會不一樣;因此對內(nèi)參基因進行評估和篩選是保證試驗結(jié)果準確性的必要前提[23]。然而,有關(guān)方格星蟲內(nèi)參基因的研究非常少,張家煒等[24]分別對方格星蟲不同發(fā)育時期卵細胞和全組織的內(nèi)參基因進行分析篩選,分別得出了18S rRNA和GAPDH基因為最優(yōu)內(nèi)參基因的結(jié)論。
本試驗利用實時熒光定量PCR對Actin1、α-Tub1、RPL13-b、EF1-α2、H3-b、GAPDH1共6個候選內(nèi)參基因在方格星蟲不同組織中的表達情況進行分析,并利用相關(guān)統(tǒng)計軟件GeNorm、NormFinder、BestKeeper[25]對這6個候選內(nèi)參基因進行穩(wěn)定性分析。結(jié)果顯示,RPL13-b基因的表達穩(wěn)定性最高,這與在尖裸鯉(Oxygymnocyprisstewartii)[26]和鱖(Sinipercachuatsi)[27]中的研究結(jié)果一致,篩選出RPL13基因為適宜內(nèi)參基因。而費越越等[28]發(fā)現(xiàn),在健康異育銀鯽(Carassiusauratusgibelio)的不同組織中,EF1-α2基因表達最為穩(wěn)定;吳萍等[29]在鱖的研究中發(fā)現(xiàn),18S rRNA和GAPDH基因的表達最穩(wěn)定;張家煒等[30]在方格星蟲全組織中篩選出TATA結(jié)合蛋白TBP(1)基因為實時熒光定量PCR的最適單內(nèi)參基因。這可能是選擇不同物種和不同內(nèi)參基因?qū)е碌慕Y(jié)果。
geNorm與NormFinder軟件的算法相似[31],都是通過比較平均表達穩(wěn)定值的大小來進行候選內(nèi)參基因的穩(wěn)定性評價,表達穩(wěn)定值越小表示越穩(wěn)定。geNorm可以引入1個新的內(nèi)參基因的配對差異值V,根據(jù)配對差異分析Vn/n+1來確定最合適的內(nèi)參基因數(shù)量。當Vn/n+1<0.15時,最適內(nèi)參基因數(shù)為n;當Vn/n+1>0.15時,最適內(nèi)參基因數(shù)為n+1[32]。本試驗中,V2/3=0.267>0.15,故需要3個內(nèi)參基因做校正,分別是RPL13-b、H3-b、EF1-α2。BestKeeper軟件直接導入Ct計算標準差和變異系數(shù),比較標準差和變異系數(shù)的大小。標準差和變異系數(shù)越小,內(nèi)參基因的穩(wěn)定性越高。不同軟件計算的穩(wěn)定性分析不完全一致[33],但綜合來說,RPL13-b內(nèi)參基因的表達穩(wěn)定性高。為了進一步驗證所篩選內(nèi)參基因的穩(wěn)定性,使用最穩(wěn)定的內(nèi)參基因RPL13-b和最不穩(wěn)定的內(nèi)參基因α-Tub1,對免疫球蛋白基因的表達水平進行分析,結(jié)果表明使用不同內(nèi)參基因標準化免疫球蛋白基因的表達呈現(xiàn)不同模式。
本試驗利用實時熒光定量PCR對方格星蟲Actin1、α-Tub1、RPL13-b、EF1-α2、H3-b、GAPDH1共6個候選內(nèi)參基因在不同組織中的表達情況進行分析,利用統(tǒng)計軟件GeNorm、NormFinder、BestKeeper分析了候選內(nèi)參基因穩(wěn)定性,并使用最穩(wěn)定的內(nèi)參基因RPL13-b和最不穩(wěn)定的內(nèi)參基因α-Tub1,對免疫球蛋白基因的表達水平進行分析,結(jié)果表明,RPL13-b基因在方格星蟲各組織中的表達最穩(wěn)定,可作為方格星蟲的最適單內(nèi)參基因。