基于CRISPR/Cas9技术研究脊尾白虾类胡萝卜素氧化酶基因的功能及其育种价值评估

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项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号：
    31872613
  • 项目类别：
    面上项目
  • 资助金额：
    62.0万
  • 负责人：
    张继泉
  • 依托单位：
    河北大学
  • 学科分类：
    C1909.养殖与渔业工程学
  • 结题年份：
    2022
  • 批准年份：
    2018
  • 项目状态：
    已结题
  • 起止时间：
    2019-01-01 至2022-12-31

项目摘要

Carotenoids, a family of natural pigments, play an important role in animals, which can protect eyesight,enhance immunity and improve the animal reproductive ability..The physiological function based on carotenoids has been used in animal breeding. In this project, Exopalaemon carinicauda is taken as the research animal, and the key genes EcBCMO1 and EcBCO2 on the carotenoids metabolic pathway are selected as the target genes by the candidate gene approach. EcBCMO1 and EcBCO2 will be knockout via CRISPR/Cas9 technology. Then, EcBCMO1- and EcBCO2-knockout mutants are cultivated. The differences of physiological and biochemical characteristic, gene expression and regulation between the mutant and the wild-type prawns will be analyzed. At the same time, EcBCMO1 and EcBCO2 will be recombinantly expressed in Pichia pastoris, and the characteristics of the purified recombinant EcBCMO1 and EcBCO2 will be studied and compared. Based on the above research, the biological functions of EcBCMO1 and EcBCO2 will be clarified. In addition, the differences in resistance to environmental factors between the mutant and the wild-type prawns will be helpful to evaluate the possibility of EcBCMO1 and EcBCO2 in the genetic breeding of crustacean. .In summary, the implementation of this project will be helpful for the study of carotenoid metabolism and physiological function of other crustaceans. In addition, it will provide a model for the cultivation of crustacean varieties with more health, more beautiful appearance, higher nutritional value and stronger resistance.
类胡萝卜素是一类天然色素的总称，在动物体内具有重要作用，可增强机体免疫力，提高动物繁殖能力。本项目拟以脊尾白虾为研究对象，以类胡萝卜素代谢关键基因β-胡萝卜素-15, 15′-单加氧酶（EcBCMO1）与β-胡萝卜素-9′, 10′-单加氧酶（EcBCO2）为目标基因，利用CRISPR/Cas9技术分别构建EcBCMO1和EcBCO2敲除模型，培育稳定遗传的突变品系；对突变品系与野生群体在生理生化、基因表达调控等进行差异分析，结合EcBCMO1和EcBCO2重组蛋白的酶学特征，进而阐释脊尾白虾类胡萝卜素氧化酶的生物学功能；进一步比较EcBCMO1和EcBCO2突变品系与野生群体在不同环境因子胁迫下的抗逆性差异，对类胡萝卜素氧化酶在脊尾白虾遗传育种中的应用价值进行初步评估。通过本项目实施，为后续开展其他甲壳动物类胡萝卜素代谢的生理功能研究及培育体色与肌肉颜色美观、抗逆性强的新品系提供参考。

结项摘要

类胡萝卜素是一类天然色素的总称，在动物体内具有重要作用，可增强机体免疫力，提高动物繁殖能力。本项目以脊尾白虾为研究对象，克隆了其类胡萝卜素氧化酶EcNinaB-X1和EcBCO2基因，利用CRISPR/Cas9技术构建EcNinaB-X1和EcBCO2敲除模型，培育稳定遗传的纯合突变品系；进一步开展了突变品系与野生群体在体色及水生致病菌胁迫下的抗病差异分析，并对其分子机制进行了初步探究。结果发现：（1）获得的EcNinaB-X1和EcBCO2基因突变体的体色（尤其是肝胰脏的颜色）发生了显著性变化，同时，其在病原刺激下的死亡率明显降低。（2）纯合突变体EcBCO2-KO与野生型相比，其对相同浓度致病菌的抵抗力明显增强；副溶血弧菌刺激48h组的野生型脊尾白虾死亡率为50%，EcBCO2基因敲除组死亡率为20%左右；嗜水气单胞菌刺激组的野生型脊尾白虾死亡率为65%，EcBCO2基因敲除组死亡率为25%左右；阴性对照PBS组的EcBCO2基因敲除组与野生型组脊尾白虾累积死亡率均在10%左右。（3）纯合型突变体EcNinaB-X1-KO与野生群体相比，其对相同致病菌的抵抗力也明显增强，副溶血弧菌刺激48h组的野生型脊尾白虾死亡率为50%，EcNinaB-X1基因敲除组死亡率为20%左右；嗜水气单胞菌刺激组的野生型脊尾白虾死亡率为65%，EcNinaB-X1基因敲除组死亡率为25%左右；阴性对照PBS组的EcNinaB-X1基因敲除组与野生型组脊尾白虾累积死亡率均在10%左右。（4）EcNinaB-X1基因敲除与EcBCO2基因敲除后的突变体，在受到副溶血弧菌与嗜水气单胞菌的刺激后，其死亡率趋势基本一致，提示2个基因之间可能存在着补偿机制，团队开展了EcNinaB-X1与EcBCO2纯合突变体的杂交实验，获得了EcNinaB-X1与EcBCO2双位点突变的突变体，目前相关研究正在进行中。（5）利用RNA-seq技术，初步解析了EcNinaB-X1-KO与EcBCO2-KO颜色改变与抗病力增强的分子机制。综上，研究结果表明，类胡萝卜素氧化酶在脊尾白虾遗传育种中具有潜在的应用价值。通过本项目实施，为后续开展其他甲壳动物类胡萝卜素代谢的生理功能研究及培育体色与肌肉颜色美观、抗逆性强的新品系提供参考。

项目成果

期刊论文数量（9）
专著数量（0）
科研奖励数量（1）
会议论文数量（0）
专利数量（2）
Transcriptome analysis of Neocaridina denticulate sinensis challenged by Vibrio parahemolyticus
副溶血弧菌攻击中华小齿新虾的转录组分析
  • DOI：
    10.1016/j.fsi.2021.10.004
  • 发表时间：
    2022-01-04
  • 期刊：
    FISH & SHELLFISH IMMUNOLOGY
  • 影响因子：
    4.7
  • 作者：
    Liu, Yujie;Xing, Kefan;Zhang, Jiquan
  • 通讯作者：
    Zhang, Jiquan
Metallothionein-1 gene from Exopalaemon carinicauda and its response to heavy metal ions challenge
尾白虾金属硫蛋白-1基因及其对重金属离子挑战的响应
  • DOI：
    10.1016/j.marpolbul.2022.113324
  • 发表时间：
    2022
  • 期刊：
    Marine Pollution Bulletin
  • 影响因子：
    5.8
  • 作者：
    Liu Yujie;Wu Zixuan;Guo Kun;Zhou Yongzhao;Xing Kefan;Zheng Jiaqi;Sun Yuying;Zhang Jiquan
  • 通讯作者：
    Zhang Jiquan
Cloning of a trehalose-6-phosphate synthase gene from Exopalaemon carinicauda and its expression response to bacteria challenge
6-磷酸海藻糖合酶基因的克隆及其对细菌攻击的表达反应
  • DOI：
    10.1016/j.fsi.2019.07.046
  • 发表时间：
    2019
  • 期刊：
    Fish & Shellfish Immunology
  • 影响因子：
    4.7
  • 作者：
    Zhang Jiquan;Liu Yujie;Zhou Yongzhao;Wang Wenzheng;Su Naike;Sun Yuying
  • 通讯作者：
    Sun Yuying
CRISPR/Cas9-mediated deletion of one carotenoid isomerooxygenase gene (EcNinaB-X1) from Exopalaemon carinicauda
CRISPR/Cas9 介导的 Carinicauda 外白虾中一个类胡萝卜素异构加氧酶基因 (EcNinaB-X1) 的缺失
  • DOI：
    10.1016/j.fsi.2019.12.037
  • 发表时间：
    2020-02-01
  • 期刊：
    FISH & SHELLFISH IMMUNOLOGY
  • 影响因子：
    4.7
  • 作者：
    Sun，Yuying;Yan，Congcong;Zhang，Jiquan
  • 通讯作者：
    Zhang，Jiquan
Construction of a cytidine base editor based on Exopalaemon carinicauda cytidine deaminase and its application in crustacean genome editing
基于尾白虾胞苷脱氨酶的胞苷碱基编辑器的构建及其在甲壳动物基因组编辑中的应用
  • DOI：
    10.1016/j.aqrep.2022.101366
  • 发表时间：
    2022-10-17
  • 期刊：
    AQUACULTURE REPORTS
  • 影响因子：
    3.7
  • 作者：
    Liu，Yujie;Xing，Kefan;Zhang，Jiquan
  • 通讯作者：
    Zhang，Jiquan

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张继泉的其他基金

脊尾白虾MSTN基因缺失致死的分子机制及其基因编辑育种的理论基础
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  • 批准年份：
    2023
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    50 万元
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    面上项目
脊尾白虾内生蛋白SRα介导的基因编辑技术及其普适性研究
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  • 项目类别：
    面上项目

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课题项目：调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要：

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题，其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子，其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而，TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用，影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法，探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用，为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义，并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路：

科学问题：TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达？
前期研究：已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应，但其具体机制尚不明确。
研究创新点：本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线：包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术：TRIM2与病毒RNA的相互作用分析，IFN-β启动子活性检测。
实验模型：使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
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