張濤,吳金平,陳建武,何力
(農(nóng)業(yè)農(nóng)村部水產(chǎn)品質(zhì)量安全風(fēng)險評估實驗室(武漢),農(nóng)業(yè)部淡水魚類種質(zhì)監(jiān)督檢驗測試中心,中國水產(chǎn)科學(xué)研究院長江水產(chǎn)研究所,湖北 武漢 430223)
匙吻鱘(Polyodonspathuln)隸屬鱘形目(Acipenseriformes)、匙吻鱘科(Polyodontidae),主要分布在美國北部一些天然水域,包括密西西比河流域以及從亞拉巴馬州西部到德克薩斯休倫湖、伊利湖和密執(zhí)安湖等水域[1].1988年我國首次引進(jìn)這一優(yōu)良品種,當(dāng)年即在湖北省仙桃市試養(yǎng)成功[2].于2001年3月宜昌市天峽特種漁業(yè)公司率先取得匙吻鱘的全人工繁殖成功[3].2009年2月25日全國水產(chǎn)原良種審定委員會將匙吻鱘審定為良種,認(rèn)為該品種適宜在我國內(nèi)陸水域推廣養(yǎng)殖[4].由于匙吻鱘具有體型體色好,食性類似于鳙,養(yǎng)殖成本低,生長速度快,養(yǎng)殖經(jīng)濟(jì)效益顯著,其卵經(jīng)加工后可制成具有較高經(jīng)濟(jì)價值的魚子醬,目前已在多個省份推廣養(yǎng)殖,以池塘和水庫養(yǎng)殖居多.為促進(jìn)匙吻鱘這一優(yōu)良品種的標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn),保護(hù)和增殖匙吻鱘種群,有必要推進(jìn)制定其種質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)工作進(jìn)度,而形態(tài)特征和生化遺傳特性是制定種質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)所需考察的重要參數(shù).形態(tài)特征是最為簡單和直觀的種質(zhì)資源鑒定參考指標(biāo)[5].鑒于同工酶標(biāo)記能較好的反映種屬特性和遺傳多樣性,也就作為最常用的生化遺傳標(biāo)記應(yīng)用在魚類種質(zhì)鑒定等領(lǐng)域中[6].自從發(fā)現(xiàn)乳酸脫氫酶開始,人們就著手認(rèn)識和研究同工酶了,乳酸脫氫酶是研究最透徹的同工酶之一,魚類乳酸脫氫酶多由3種基因編碼,即LDH-A、LDH-B和LDH-C,其中LDH-C基因在魚類中一般具有組織特異性,電泳時通常趨向陰極.LDH能使細(xì)胞在供氧不足情況下仍能進(jìn)行正常的生理活動,保證肌纖維在缺氧而機(jī)體尚需劇烈運動時仍能繼續(xù)完成葡萄糖的無氧酵解過程,以提供ATP補(bǔ)充肌肉收縮所需能量.酯酶可催化生物體內(nèi)多種脂類的分解反應(yīng),它是可催化脂類化合物水解的一系列非特異性酶組成的酶系.LDH和EST在機(jī)體中扮演重要的生理功能,已有的研究表明可作為生化遺傳標(biāo)記用于不同種鱘魚的種質(zhì)鑒定[7].目前有關(guān)匙吻鱘形態(tài)特征的報道主要有王學(xué)功[4]、董宏偉[8]、王凡[9]、劉耀輝[10]以及陳細(xì)華[11]等,但現(xiàn)有報道多是關(guān)于匙吻鱘外部形態(tài)特征的描述,缺乏可量性狀等數(shù)據(jù),或者即使有少數(shù)可量性狀數(shù)據(jù),又缺乏內(nèi)部構(gòu)造特征等相關(guān)數(shù)據(jù),因此尚未見較為系統(tǒng)的匙吻鱘形態(tài)特征報道.有關(guān)匙吻鱘生化遺傳特性方面的報道僅見王學(xué)功等[4]、張海花等[12]的研究.但未見關(guān)于匙吻鱘各主要組織的多種同工酶表達(dá)情況的報道.本研究通過觀察匙吻鱘外部形態(tài)特征并作描述、測定其可量可數(shù)指標(biāo),同時借助聚丙烯酰胺凝膠電泳技術(shù),研究匙吻鱘5種組織中的乳酸脫氫酶和酯酶表達(dá)情況.旨在進(jìn)一步豐富匙吻鱘形態(tài)特征和生化遺傳方面的研究內(nèi)容,同時篩選出鑒定其種質(zhì)的生化遺傳標(biāo)記,為制定匙吻鱘種質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)、探討種質(zhì)鑒定在匙吻鱘標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)和增殖過程中的應(yīng)用開展基礎(chǔ)工作.
本研究所用匙吻鱘為水泥池人工繁殖培育的成鱘,于2018年4月采自湖北仙桃,共31尾,體質(zhì)量185.2~667.3 g,均值(358.62±100.25)g;體長37.8~55.8 cm,均值(45.54±4.16)cm.
1.2.1 形態(tài)測定 按照《GB/T 18654.3-2008 養(yǎng)殖魚類種質(zhì)檢驗·第3部分:性狀測定》[13]的規(guī)定,用游標(biāo)卡尺(精確到0.01 mm)對31尾匙吻鱘進(jìn)行測定.可量性狀包括全長、體長、體高、頭長、吻長、吻寬、眼徑、眼間距、尾柄高和尾柄長,共10個指標(biāo).可數(shù)性狀包括背鰭、胸鰭、腹鰭和臀鰭的鰭式、脊椎骨總數(shù)以及幽門垂總數(shù),共6個指標(biāo).
1.2.2 組織酶液的制備、電泳和染色 除EST所用凝膠濃度為9.5%的連續(xù)膠外,組織酶液的制備、電泳及染色參照張濤等[14]的方法.
1.2.5 繪制電泳圖譜模式圖 借助Bandscan 5.0對本研究所獲電泳圖譜中的酶帶進(jìn)行灰度識別,結(jié)合灰度識別繪制電泳圖譜模式圖.
觀察31尾匙吻鱘(圖1)體表裸露無鱗、濕潤,身體呈流線型,背部灰黑色,可見一些斑點夾雜于其中,自背部往腹部方向兩側(cè)逐漸變淺,腹部灰白色.頭部有一大而長形如匙柄的吻.口較大,位于吻末端腹面.眼小,位于口前端上方.鰓耙較長而且較薄,排列細(xì)密.鰓蓋大而向后延伸至胸鰭至腹鰭的1/2處.胸鰭短小,下位,背鰭起點位于腹鰭起點之后,身體在腹鰭前渾圓,腹鰭之后逐漸側(cè)扁,尾柄披有甲鱗,該甲鱗為梗節(jié)狀.尾鰭歪形,上葉長于下葉,不對稱,上葉尖長,下葉寬短.
圖1 匙吻鱘外觀形態(tài)Figure 1 Morphological measurement of Polyodon spathuln
體內(nèi)骨骼大部分由軟骨組成,鰾為一室,呈梭形.表1給出了匙吻鱘可數(shù)、可量性狀,均值反映了所測指標(biāo)的集中程度,范圍給出了各測定指標(biāo)的上下限.可數(shù)性狀中變異程度較大的有背鰭條數(shù)和臀鰭條數(shù).可量性狀中給出了眼徑、眼間距和吻長等頭部主要參數(shù)與頭長的比例關(guān)系,也反映了尾柄長、尾柄高和體高等軀干部主要參數(shù)與體長的比例關(guān)系以及吻長與吻寬、尾柄長與尾柄高的比例關(guān)系.
匙吻鱘5種組織的LDH同工酶表達(dá)情況見圖2,5種組織中共檢測到5條LDH酶帶,將離陰極最遠(yuǎn)的一條LDH酶帶定義為LDH1,自陽極向陰極方向各LDH酶帶依次編號為LDH2、LDH3、LDH4、LDH5.從圖2可以看出匙吻鱘LDH呈現(xiàn)出明顯的組織特異性,表現(xiàn)在不同組織中酶帶數(shù)目和活性不同.心臟組織中共有4條酶帶檢出,LDH1~LDH3在5尾樣本魚中都有表達(dá),其中LDH1和LDH2表達(dá)活性程度較強(qiáng),LDH3表達(dá)活性次之,LDH4活性最弱,而且LDH4在3號魚和4號魚中未檢出(圖2-A);眼睛晶狀體組織中共檢測到4條酶帶,5尾不同樣本魚酶帶條數(shù)不同,僅4號魚中未檢出LDH4,LDH1~LDH3為5尾樣本魚共有的酶帶,LDH2和LDH3表達(dá)活性較強(qiáng)(圖2-B);LDH在肌肉組織中表達(dá)活性較其它4種組織都弱,僅檢測到2條LDH酶帶,5尾樣本魚的酶帶數(shù)不同,LDH1僅在3號魚中有檢出,LDH2為5尾樣本魚共有的酶帶(圖2-C);脾臟中共檢測到5條LDH酶帶,LDH2~LDH5為5尾樣本魚共有的酶帶,5尾不同樣本魚酶帶條數(shù)和活性不同,除3號魚和4號魚中未檢測到LDH1酶帶外,其余3尾均有檢出,而且2號魚和5號魚的LDH2和LDH5表達(dá)活性較其它3尾魚強(qiáng)(圖2-D);肝臟組織中共檢測到5條酶帶,5尾樣本魚LDH酶帶數(shù)和表達(dá)活性均相同,為單態(tài),LDH1表達(dá)活性最弱,LDH4和LDH5表達(dá)活性最強(qiáng),其余2條酶帶表達(dá)活性居中(圖2-E).
表中可量性狀單位是cm;
The unit of measurable parameters in Tab.1 was centimeter.
A、B、C、D、E分別表示心臟、眼睛晶狀體、肌肉、脾臟和肝臟的LDH酶譜;1~5泳道分別表示不同個體的酶譜.A,B,C,D,and E show electrophoretograms of LDH isozymes expressed in heart,eye,muscle,spleen and liver respectively.1~5 show the zymograms of different individuals.圖2 匙吻鱘5種組織LDH電泳圖譜Figure 2 Electrophoretogram of LDH isozymes expressed in five tissues of Polyodon spathuln
匙吻鱘5種組織EST同工酶的表達(dá)情況見圖3,5種組織中共檢測到5條EST酶帶,將靠近離陰極最遠(yuǎn)的一條EST酶帶定義為EST1,自陽極向陰極方向各EST酶帶依次編號為EST2、EST3、EST4、EST5.從圖3可以看出匙吻鱘EST也呈現(xiàn)出一定的組織特異性,不同組織中EST酶帶數(shù)和活性不同.心臟組織中共有2條EST酶帶檢出,各樣本魚的酶帶數(shù)和表達(dá)活性相同,EST2表達(dá)活性較強(qiáng),另一條酶帶表達(dá)活性相對較弱(圖3-A);所有樣本魚的眼睛晶狀體組織中未檢測到EST的表達(dá)(圖3-B);EST在肌肉組織中表達(dá)活性相對其它3種組織低,僅1號魚檢測到2條EST酶帶,其余4尾魚均只檢測到1條即EST2酶帶(圖3-C);和心臟組織相同,EST在5尾樣本魚脾臟中均檢測到2條EST酶帶,各樣本魚2條EST酶帶表達(dá)活性相同(圖3-D);5種組織中EST在肝臟組織中的表達(dá)的酶帶數(shù)最多,共檢測到4~5條EST酶帶,EST5僅在1號魚和2號魚中有檢出,EST1~EST4為5尾樣本魚的共有酶帶,EST3表達(dá)活性最強(qiáng),EST2和EST4表達(dá)活性居中,其余2條酶帶表達(dá)活性最弱(圖3-E).
A、B、C、D、E分別表示心臟、眼睛晶狀體、肌肉、脾臟和肝臟EST酶譜;1~5泳道分別表示不同個體的酶譜.A,B,C,D,and E show electrophoretograms of EST isozymes expressed in heart,eye,muscle,spleen and liver respectively.1~5 show the zymograms of different individuals.圖3 匙吻鱘5種組織EST電泳圖譜Figure 3 Electrophoretogram of EST isozymes expressed in five tissues of Polyodon spathuln
本研究中5尾樣本魚心臟、眼晶狀體、肌肉和脾臟組織中LDH酶帶均有多態(tài),表現(xiàn)在不同樣本魚之間LDH酶帶數(shù)不同,或者即使酶帶數(shù)相同但表達(dá)活性程度不同(圖2).所有樣本魚肝臟中LDH酶帶數(shù)和表達(dá)活性雖都相同,但有拖帶,分離效果并不理想(圖2-E),而且肝臟成分相對較為復(fù)雜,離心后容易形成脂肪層,吸取上清液電泳時容易引入雜質(zhì)影響電泳效果.5尾樣本魚的眼晶狀體組織中未檢測到EST的表達(dá)(圖3-B),肌肉中EST表達(dá)活性很低(圖3-C),而且肌肉和肝臟中EST的表達(dá)呈現(xiàn)出個體差異性(圖3-C~E),不適宜作為匙吻鱘的特征生化遺傳參數(shù).而脾臟中雖然各樣本魚EST表達(dá)的酶帶條數(shù)和活性相同,但有拖帶,分離效果欠佳(圖3-D).5尾樣本魚心臟中EST表達(dá)活性和酶帶條數(shù)都相同,為單態(tài),而且酶帶清晰,分離效果好(圖3-A),因此擬采用心臟EST作為從生化遺傳層面鑒定匙吻鱘種質(zhì)的考察指標(biāo).進(jìn)一步選取30尾樣本魚的心臟組織在相同實驗條件下電泳,以確定30尾匙吻鱘心臟組織EST酶帶表達(dá)情況,所有樣本魚心臟組織EST同工酶表達(dá)情況相同,隨機(jī)選取10尾樣本魚心臟組織EST圖譜見圖4,所有樣本魚EST酶帶數(shù)和表達(dá)活性程度相同.因此,本研究采用心臟組織EST作為鑒定匙吻鱘種質(zhì)的生化遺傳標(biāo)記.
1~10泳道分別表示不同個體的酶譜.1~10 show the zymograms of different individuals.圖4 匙吻鱘心臟組織EST電泳圖譜Figure 4 Electrophoretogram of EST isozymes expressed in heart from Polyodon spathuln
3.1.1 匙吻鱘形態(tài)特征比較 通過與文獻(xiàn)中已報道匙吻鱘的形態(tài)特征比較,本研究結(jié)果與已有文獻(xiàn)在可數(shù)性狀方面比較接近,不同之處主要在可量性狀比值方面.本研究與王學(xué)功等[4]的研究結(jié)果相比,除體長/吻長外,其他諸如體長/體高、體長/頭長等參數(shù)的變動范圍,兩者的研究結(jié)果吻合,但本研究與王學(xué)功[4]關(guān)于體長/吻長的研究結(jié)果分別為2.37~2.96和1.13~2.39.本研究結(jié)果與董宏偉[8]的研究結(jié)果相比,除體長/頭長、尾柄長/尾柄寬外,其他諸如體長/體高、吻長/吻寬等參數(shù)的變動范圍,兩者的研究結(jié)果吻合,但本研究與董宏偉[8]關(guān)于體長/頭長的研究結(jié)果分別為1.63~1.89和4.76~5.75,關(guān)于尾柄長/尾柄寬的研究結(jié)果分別為1.36~2.21和1.14~1.30.造成這一差異的原因可能與所測樣本魚的規(guī)格和樣本量大小有關(guān).如本研究、王學(xué)功[4]、董宏偉[8]所測樣本魚的體長范圍分別為37.8~55.8、34.9~69.7、47.7~49.6 cm,樣本量分別為31尾、不詳和10尾.也可能是由于三者的測量方法不同,尤其是對同一個參數(shù)的測量起始和終末點的認(rèn)識和界定不同,導(dǎo)致測量結(jié)果差異.鑒于此,建議研究魚類形態(tài)特征時嚴(yán)格遵照《GB/T 18654.3-2008養(yǎng)殖魚類種質(zhì)檢驗·第3部分:性狀測定》[13]中關(guān)于各可量性狀參數(shù)的國標(biāo)方法進(jìn)行測定.
3.1.2 與白鱘形態(tài)比較 鱘形目魚類現(xiàn)存2科即匙吻鱘科(Polyodontidae)和鱘科(Acipenseridae),而匙吻鱘科下分2屬2種,匙吻鱘屬(Polyodon)的匙吻鱘(Polyodonspathuln)和白鱘屬(Psephurus)的白鱘(Psephurusgladius).兩者外部形態(tài)特征相同之處:吻都較長,體表均裸露無鱗,腹部皆為灰白色;背鰭均靠后,離尾鰭較近;腹鰭起點均在背鰭起點前下方;身體均在腹鰭前渾圓,自腹鰭后逐漸變細(xì);尾鰭均為歪形尾,上葉長于下葉;兩者眼睛都很小,視覺不發(fā)達(dá);口都較大,位于吻末端腹面.兩者外部形態(tài)不同之處見表2.
匙吻鱘主要生活在淡水中,性情相對溫順,喜歡棲息在流速中等的水體中,主要攝食浮游動物.白鱘屬江海洄游型魚類,以淡水生活為主,健勇兇猛,為單純的動物食性,以魚類為主要食物,其次是蝦蟹[11].分析認(rèn)為匙吻鱘與白鱘形態(tài)上的差異與其生態(tài)環(huán)境以及食性有關(guān),如白鱘吻端較尖、略向上翹與其游泳速度快、洄游距離長相適應(yīng).匙吻鱘吻端圓滑、呈扁平漿狀與其游泳速度相對較慢、性情較為溫順相關(guān).白鱘口中有牙,而匙吻鱘僅在幼體時有牙,這與兩者食性不同密切相關(guān).
表2 匙吻鱘與白鱘外部形態(tài)特征比較
本研究發(fā)現(xiàn)匙吻鱘的各主要組織中均有LDH同工酶檢出(圖2),由此可以看出匙吻鱘體內(nèi)廣泛分布著LDH同工酶,而EST同工酶在除眼晶狀體外的4種組織中有表達(dá).本研究中匙吻鱘LDH和EST同工酶的表達(dá)具有組織特異性,表現(xiàn)在同一個體的不同組織中即使同一種同工酶表達(dá)的酶帶數(shù)和活性程度不同.如匙吻鱘心臟中共有3~4LDH條酶帶檢出(圖2-A),而其肌肉中僅檢測到1~2條LDH酶帶(圖2-C),肌肉LDH表達(dá)活性程度比其它組織弱,相應(yīng)的表現(xiàn)在其酶帶著色淺和染色時顯色最慢.匙吻鱘EST同工酶的表達(dá)也表現(xiàn)出組織特異性(圖3),如本研究中心臟和肝臟中EST酶帶表達(dá)活性都比肌肉組織強(qiáng)(圖3),張海花[12]在研究匙吻鱘4種組織酯酶時也得到同樣的結(jié)果.EST同功酶能通過水解大量非生理存在的脂類化合物具有解毒功能,而肝臟是重要的解毒器官,自然要求其中EST同功酶的表達(dá)活性較高,而肌肉沒有解毒功能,相應(yīng)其EST同功酶的表達(dá)活性也較低,所以某組織或器官同工酶表達(dá)活性與其行使相應(yīng)生理功能密切相關(guān).造成這種組織特異性表達(dá)的原因可能是由于組織或者器官中同工酶的表達(dá)受到遺傳基因的調(diào)控,然而酶基因的表達(dá)對組織或器官有選擇性,僅在一些專屬的組織或器官中有表達(dá);另一方面也不排除是為便于不同組織行使不同的生理功能,從而使遺傳因子表達(dá)后受到不同基因的調(diào)控,因而造成組織或器官間同類同工酶在含量和活性表達(dá)上的不同[17].
本研究中匙吻鱘心臟、眼晶狀體、肌肉和脾臟組織LDH同工酶均表現(xiàn)出明顯的個體差異性(圖2),表現(xiàn)在即使相同組織不同個體LDH同工酶酶帶數(shù)不同,表達(dá)活性也存在差異,如3號魚的心臟組織和脾臟LDH酶帶數(shù)分別為3條和4條,而5號魚分別為4條和5條(圖2-A,D).EST同工酶也存在類似的現(xiàn)象,如1號魚的肌肉和肝臟組織中EST同工酶酶帶數(shù)分別為2條和5條,而5號魚分別為1條和4條(圖3-C,E).個體差異性除表現(xiàn)在酶帶條數(shù)外,還表現(xiàn)在酶帶的表達(dá)活性程度上,如2號魚和5號魚脾臟組織中LDH2表達(dá)活性比其余3尾魚脾臟中LDH2表達(dá)活性強(qiáng)(圖2-D).其他學(xué)者也發(fā)現(xiàn)過類似現(xiàn)象,如余敏等[18]的研究.可見同工酶在同一物種不同個體相同組織中的表達(dá)存在差異,分析這一現(xiàn)象的原因,可能與處于不同生長發(fā)育階段、健康狀態(tài)、地理環(huán)境(生境)等因素有關(guān)[19-21].推測本研究中匙吻鱘同工酶表達(dá)的個體差異可能與不同樣本魚的規(guī)格或健康狀況有關(guān),但具體原因有待進(jìn)一步探索.
關(guān)于匙吻鱘生化遺傳標(biāo)記的研究,王學(xué)功等[4]報道了匙吻鱘心臟組織中EST有2個基因位點,其表現(xiàn)型為2條譜帶,這一研究結(jié)果與本研究吻合.此外張海花等[12]比較了高首鱘(Acipensertransmonstanus)、匙吻鱘和雜交鱘(Hdauricus♀×Aschrencki♂)心臟組織同工酶的表達(dá)情況,發(fā)現(xiàn)高首鱘和匙吻鱘EST同工酶活力高于雜交鱘,3者呈現(xiàn)不同的多態(tài)性.這一研究結(jié)果佐證了心臟組織EST可作為匙吻鱘區(qū)別其他鱘魚生化遺傳標(biāo)記的可能性.本研究通過綜合比較匙吻鱘5種組織中LDH和EST的表達(dá)結(jié)果發(fā)現(xiàn):心臟組織EST同工酶酶帶清晰,分離效果好,表達(dá)穩(wěn)定,沒有個體差異,可作為鑒定匙吻鱘種質(zhì)的生化遺傳標(biāo)記,也可為制定匙吻鱘種質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)提供生化遺傳指標(biāo),該技術(shù)已運用在其它鱘類中.種質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)“GB/T 32781-2016中華鱘”[22]和“GB/T 33111-2016達(dá)氏鱘”[23]中分別將中華鱘和達(dá)氏鱘的眼晶狀體蘋果酸脫氫酶(MDH)作為鑒定兩者種質(zhì)的生化遺傳標(biāo)記.趙金良[24]的研究表明,人工雌核發(fā)育團(tuán)頭魴與選育群體在酯酶上存在穩(wěn)定差異,并可將兩個群體酯酶上的差異作為區(qū)分兩者的生化遺傳標(biāo)記.Chen[25]發(fā)現(xiàn),藏北高原色林錯裸鯉、納木錯裸鯉和錯鄂裸鯉的LDH、MDH和EST 3個酶譜均表現(xiàn)出種間的差異,而且在同一種群的不同個體間也存在明顯的分化.
本研究采用觀察描述匙吻鱘外部形態(tài)特征、測定其可數(shù)、可量性狀,并與分類地位相近鱘類比較,研究結(jié)果可直觀的從形態(tài)學(xué)特征角度對匙吻鱘種質(zhì)鑒定提供參考指標(biāo).同時借助聚丙烯酰胺凝膠垂直板電泳對匙吻鱘5種組織(心臟、眼晶狀體、肌肉、脾臟和肝臟組織)LDH和EST進(jìn)行了分析,2種同工酶具有組織特異性,確定了心臟組織EST可作為鑒定匙吻鱘種質(zhì)的生化遺傳標(biāo)記.本研究結(jié)果可為制定匙吻鱘種質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)提供參考依據(jù).