海洋所研究揭示營(yíng)養(yǎng)調(diào)控動(dòng)物發(fā)育的分子機(jī)制
飲食和營(yíng)養(yǎng)調(diào)控生長(zhǎng)發(fā)育、繁殖和壽命等重要生命過程,然而飲食攝入和營(yíng)養(yǎng)成分如何調(diào)控動(dòng)物生長(zhǎng)發(fā)育的確切分子機(jī)制仍不清楚。中國(guó)科學(xué)院海洋研究所張留所團(tuán)隊(duì)利用模式生物秀麗線蟲Caenorhabditis elegans和潛在的海洋模式動(dòng)物海洋線蟲Litoditis marina為研究材料,比較研究了在化學(xué)成分明確的CeMM(C. elegans maintenance medium)營(yíng)養(yǎng)環(huán)境下,線蟲生長(zhǎng)發(fā)育調(diào)控的分子機(jī)制,相關(guān)研究成果日前在學(xué)術(shù)期刊Cellular and Molecular Life Science發(fā)表。
通過比較轉(zhuǎn)錄組分析發(fā)現(xiàn),在CeMM營(yíng)養(yǎng)環(huán)境下,快速生長(zhǎng)的乙酰膽堿受體基因eat-2和哺乳動(dòng)物及人類耳聾同源基因tmc-1突變體中,數(shù)個(gè)脂肪酸合成和延長(zhǎng)基因的表達(dá)顯著上調(diào),而多個(gè)脂肪酸β-氧化基因表達(dá)顯著下調(diào)。飲食添加脂肪酸實(shí)驗(yàn)表明,單甲基支鏈脂肪酸C17ISO、直鏈脂肪酸棕櫚酸和硬脂酸均可以顯著加快線蟲在CeMM營(yíng)養(yǎng)環(huán)境下的生長(zhǎng)發(fā)育。CRISPR基因敲除和轉(zhuǎn)基因營(yíng)救實(shí)驗(yàn)表明,eat-2突變體的快速生長(zhǎng)依賴于負(fù)責(zé)合成C17ISO的延長(zhǎng)酶基因elo-5和elo-6,進(jìn)一步通過組織特異性營(yíng)救實(shí)驗(yàn)表明elo-6主要在腸道中發(fā)揮調(diào)控生長(zhǎng)發(fā)育的作用。此外,比較轉(zhuǎn)錄組分析發(fā)現(xiàn),ELO-6和C17ISO可能通過控制表皮合成和hedgehog信號(hào)通路基因的表達(dá)調(diào)控秀麗線蟲的生長(zhǎng)發(fā)育。另外,基于代謝組分析,本研究發(fā)現(xiàn)ELO-6和C17ISO可能通過增加氨基酸、氨基酸衍生物和維生素的生物合成以促進(jìn)秀麗線蟲生長(zhǎng)發(fā)育,相關(guān)成果近期在國(guó)際權(quán)威期刊《Cellular and Molecular Life Science》發(fā)表。
研究結(jié)果顯示,與秀麗線蟲一致,飲食添加硬脂酸同樣也能夠促進(jìn)海洋線蟲L. marina在CeMM營(yíng)養(yǎng)環(huán)境下的生長(zhǎng)發(fā)育。比較轉(zhuǎn)錄組分析表明,硬脂酸既可能通過相似的機(jī)制,如上調(diào)跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白相關(guān)基因的表達(dá)促進(jìn)秀麗線蟲和L. marina的生長(zhǎng)發(fā)育;也可能通過兩種線蟲中特異的調(diào)控機(jī)制促進(jìn)生長(zhǎng)發(fā)育。比如在秀麗線蟲中,表皮合成基因的表達(dá)顯著上調(diào);而在L. marina中,氨酰-tRNA生物合成、翻譯起始和延伸及核糖體生物合成相關(guān)基因的表達(dá)顯著增加,神經(jīng)信號(hào)相關(guān)基因的表達(dá)被顯著抑制。
研究還發(fā)現(xiàn),CeMM飲食延緩潛在的海洋模式線蟲Litoditis marina的生長(zhǎng)發(fā)育但不延長(zhǎng)其壽命,通過轉(zhuǎn)錄組分析,探究了秀麗線蟲和海洋線蟲在CeMM和OP50飲食環(huán)境下的全基因組轉(zhuǎn)錄特征,為深入了解飲食調(diào)控動(dòng)物發(fā)育和壽命的分子機(jī)制提供了新認(rèn)知。研究結(jié)果將為營(yíng)養(yǎng)環(huán)境如何調(diào)控動(dòng)物生長(zhǎng)發(fā)育的分子機(jī)制提供新認(rèn)知,也將為研究飲食如何調(diào)控人類健康和全球氣候變化背景下海陸動(dòng)物如何應(yīng)對(duì)變化的營(yíng)養(yǎng)環(huán)境及海洋生態(tài)系統(tǒng)保護(hù)奠定理論基礎(chǔ)。
乙酰膽堿受體EAT-2通過上調(diào)脂肪酸合成基因的表達(dá)促進(jìn)生長(zhǎng)發(fā)育
代謝重編程調(diào)控動(dòng)物發(fā)育的機(jī)制模型
中國(guó)科學(xué)院海洋研究所博士生曹緒文、助理研究員謝玉素為論文共同第一作者,張留所研究員為論文通訊作者。研究得到了中國(guó)科學(xué)院海洋研究所高層次海外引進(jìn)人才、青島市創(chuàng)業(yè)創(chuàng)新領(lǐng)軍人才和中國(guó)科學(xué)院海洋大科學(xué)研究中心前沿重點(diǎn)部署項(xiàng)目等經(jīng)費(fèi)資助。
相關(guān)成果及鏈接如下:
1.Xuwen Cao#, Yusu Xie#, Beining Xue, Hanwen Yang, L. Rene Garcia, Liusuo Zhang*, EAT?2 attenuates C. elegans development via metabolic remodeling in a chemically defined food environment. Cellular and Molecular Life Science, 2023, 80:205.
DOI: 10.1007/s00018-023-04849-x
2.Xuwen Cao, Peiqi Sun, Liusuo Zhang*, Transcriptome analysis of the marine nematode Litoditis marina in a chemically defined food environment with stearic acid
supplementation. Journal of Marine Science and Engineering, 2022, 10:428.
https://doi.org/10.3390/jmse10030428
3.Peiqi Sun, Xuwen Cao, Liusuo Zhang*, Transcriptome analysis of the nematode Caenorhabditis elegans and Litoditis marina in different food environments. Journal
of Marine Science and Engineering, 2022, 10:580.
https://doi.org/10.3390/jmse10050580
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