ОЦЕНКА ОТНОСИТЕЛЬНОГО УРОВНЯ ЭКСПРЕССИИ ГЕНА BMP-2 У РАДУЖНОЙ ФОРЕЛИ В РАЗНОМ ВОЗРАСТЕ

Научная статья
DOI:
https://doi.org/10.23670/IRJ.2023.136.54
Выпуск: № 10 (136), 2023
Предложена:
27.08.2023
Принята:
28.09.2023
Опубликована:
17.10.2023
468
5
XML
PDF

Аннотация

Цель исследования – оценить относительный уровень экспрессии гена BMP-2 у радужной форели разных возрастных групп. Сбор биологического материала проводился на базе Федерального селекционно-генетического центра рыбоводства, расположенного в Ленинградской области. Объектом исследования были образцы тотальной РНК, полученные из разных тканей радужной форели породы рофор. Анализ корреляционных связей относительной экспрессии в ткани прямой кишки показал разнонаправленную зависимость уровня относительной экспрессии гена BMP-2 с показателями «масса тела» и «высотой тела» у рыб в возрасте 6 мес (P <0,05), а в ткани сердца с показателем длина головы в возрасте 6 мес (P <0,05). По остальным показателям были получены высокие значения коэффициента корреляции (r), однако статистически значимых значений не выявлено. Относительный уровень экспрессии гена BMP-2 в тканях прямого кишечника был незначительным разнонаправленным в группах радужной форели разного возраста. Экспрессионные изменения гена BMP-2 в тканях сердца показали, что экспрессия непостоянна у рыб разного возраста. В возрасте 6 и 12 месяцев отмечалось снижение уровня экспрессии с его достоверным повышением при достижении рыб возраста 18 месяцев и последующим снижением к возрасту 24 месяцев (P <0,05 и P <0,01). В результате чего было установлено, что в период активного роста радужной форели породы рофор уровень относительной экспрессии гена BMP-2 в тканях сердца значительно возрастал у рыб в возрасте 18 месяцев в сравнении с другими возрастными периодами (Р <0,05).

1. Введение

Аквакультура – на данный момент является активно развивающейся отраслью сельского хозяйства. Самым распространённым холодноводным объектом выращивания является радужная форель. Экономически важными показателями для хозяйств являются темпы роста рыбы. Экспрессия генов – процесс, в ходе которого наследственная информация от гена (последовательности нуклеотидов ДНК) преобразуется в функциональный продукт – РНК или белок.

Литературные данные свидетельствуют о том, что регуляторные гены, такие как гены факторов транскрипции и сигнальных молекул, обычно контролируются многими модульными, тканеспецифичными цис-регуляторными элементами, которые функционируют во время эмбриогенеза

. Эти элементы часто находятся далеко от областей кодирования генов и их промоторов. Костные морфогенетические белки (BMPs – bone morphogenetics proteins) участвуют в регуляции многих процессов в онтогенезе, связанных с органогенезом и дифференцировкой тканей. Известны четыре члена семейства BMP: BMP-2, BMP-4, BMP-5 и GDF6, находящихся под контролем отдаленных цис-регуляторных элементов
.

BMP-2 – костный морфогенетический белок (bone morphogenetic protein) относится к группе факторов роста, которые были открыты благодаря их способности воздействовать на формирование кости и хряща

. Костный морфогенетический белок 2 (BMP-2) считается наиболее активным фактором остеогенеза. Он способствует пролиферации и дифференцировке клеток во время восстановления костей, а также индуцирует образование костей и хрящей in vivo
,
.

Таким образом, поиск сигнальных путей и изучение экспрессии генов рыб расширяет представление о молекулярных механизмах онто- и эмбриогенеза. А исследование семейства генов BMP дает представление о регуляции процессов развития организма при органогенезе, главным образом, формирование костной системы, и открывает перспективу влияния на размер выращиваемых гидробионтов.

2. Материалы и методы исследования

Объектом изучения были образцы тотальной РНК радужной форели. Были сформированы 4 группы радужной форели: 6 месяцев, 12 месяцев 18 месяцев и 24 месяца. С рыб были сняты размерно-весовые показатели: масса, длина по Смиту, длина до конца чешуйчатого покрова, длина головы, высота и толщина тела.

Для оценки относительного уровня экспрессии гена BMP-2 у рыб разного возраста были зафиксированы образцы мышечной ткани, ткани сердца и прямой кишки. Всего было зафиксировано 60 образцов. Образцы помещались в РНК стабилизирующий раствор «Фиксатор IntactRNA для стабилизации РНК в биологических образцах» («Евроген», Россия).

Выделение образцов тотальной РНК проводили с использованием коммерческого набора «ЛИРА+» для выделения РНК, ДНК и белков» («БИОЛАБМИКС», Россия).

Образцы ткани гомогенизировали на приборе Precellys 24 («Bertin», Франция) в присутствии реагента «ЛИРА» и далее следовали протоколу фирмы-производителя. Полученный раствор РНК хранили при температуре -80 °C. Все этапы работы проводили на льду для предотвращения деградации РНК. Концентрацию РНК оценивали на спектрофотометре NanoDrop 2000 Thermo FS («Thermo Fisher Scientific», США).

Для проведения ОТ-ПЦР-РВ были использованы реагенты коммерческой фирмы «БИОЛАБМИКС» (Россия). Анализировали уровень относительной экспрессии в образцах тканей прямой кишки и сердца. В качестве референсного образца использовался образец тканей мышц.

Таблица 1 - Праймеры для генов домашнего хозяйства и BMP-2

№ п/п

Название

Последовательность

1

G6PD

F-TCAAAGAGGGTCGGTTTCCG

R-ACCCATCCCTCTTCCTCTCC

2

BMP-2

F-AGCCACATTAAAGATCCACCAT

R-GTGGGTATTGACGGTGGCAA

Первичную обработку полученных данных при проведении ПЦР-РВ проводили при помощи программы QuantStudioтм Design&Analysis software v1.5.1. Для анализа уровня относительной экспрессии гена BMP-2 в тканях прямой кишки и сердца в качестве референса использовались образцы мышечной ткани. По результатам ПЦР-РВ генов домашнего хозяйства и оценки стабильности их экспрессии в качестве эндогенного контроля был выбран ген домашнего хозяйства G6PD. Расчет экспрессионных изменений гена BMP-2 выполняли методом ddCt (delta delta Cycle threshold)

по формуле:

img
(1)

Описательная статистика представлена в виде Mean±SD. Статистическую значимость разницы оценивали путем вычисления критерия Краскела-Уоллиса. Визуализация данных проводилась в программе GraphPad Prism 8. Корреляционный анализ выполнен с применением критерия Спирмена.

3. Основные результаты

Анализ уровня экспрессии гена BMP-2 в тканях прямого кишечника выявил незначительные разнонаправленные изменения в группах радужной форели разного возраста (рисунок 1). Для рыбы в возрастные периоды 12 и 18 месяцев экспрессия гена BMP-2 была несколько снижена, но достоверных различий не установлено (P=0,3393).
Уровень относительной экспрессии гена BMP-2 в тканях прямого кишечника у рыб разного возраста

Рисунок 1 - Уровень относительной экспрессии гена BMP-2 в тканях прямого кишечника у рыб разного возраста

Примечание: ось Х возраст рыб, ось У 2^-(ddCt) уровень относительной экспрессии гена; KW-H – критерий Краскела-Уоллиса, p-уровень достоверности; данные представлены в виде Mean±SD; каждая точка на графике отражает уровень экспрессии гена BMP-2 в отдельном образце ткани прямого кишечника

Анализ корреляционных связей (таблица 2) выявил разнонаправленную зависимость уровня относительной экспрессии гена BMP-2 в тканях прямого кишечника с показателями «масса тела» и «высотой тела» у рыб в возрасте 6 мес (P <0,05). По остальным показателям были получены высокие значения коэффициента корреляции (r), однако статистически значимых значений не выявлено, что видимо, может быть обусловлено особенностями выборки рыб.

Таблица 2 - Корреляционные связи уровня относительной экспрессии гена BMP-2 в тканях прямого кишечника с некоторыми размерно-весовыми показателям рыб

Показатель

Возраст рыбы

6 мес

12 мес

18 мес

24 мес

2^(-ddCt) (пр. киш)

2^(-ddCt) (сердце)

0,667

0,500

-0,154

-0,500

Масса, г

-0,900*

-0,200

0,359

-0,300

Длина по Смиту, см

-0,800

-0,400

0,359

-0,300

Длина тела до конца чешуйчатого покрова, см

-0,800

-0,300

0,359

-0,359

Длина головы, см

-0,527

0,154

0,359

0,700

Высота тела, см

-0,949*

-0,200

0,205

-0,205

Толщина тела, см

-0,211

-0,474

0,395

-0,300

Мышечная масса

-0,700

-0,200

-0,051

-0,400

Примечание: * P <0,05

Результаты анализа экспрессионных изменений гена BMP-2 в тканях сердца показали, что экспрессия не постоянна у рыб разного возраста (рисунок 2). В возрасте 6 и 12 мес. отмечалось снижение уровня экспрессии с его достоверным повышением при достижении рыб возраста 18 мес. и последующим снижением к возрасту 24 мес. (P <0,05 и P <0,01). Скорее всего у радужной форели в возрасте 18 мес., начинается процесс полового созревания рыбы, а также активной стадией роста. В группа возраста 12 и 18 мес. по 2 образца РНК деградировали и оценить уровень относительной экспрессии не удалось.

Уровень относительной экспрессии гена BMP-2 в тканях сердца у рыб разного возраста

Рисунок 2 - Уровень относительной экспрессии гена BMP-2 в тканях сердца у рыб разного возраста

Примечание: ось Х возраст рыб, ось У 2^-(ddCt) уровень относительной экспрессии гена; KW-H – критерий Краскела-Уоллиса, p-уровень достоверности; данные представлены в виде Mean±SD; каждая точка на графике отражает уровень экспрессии гена BMP-2 в отдельном образце ткани сердца; * - P <0,05, **-P <0,01

Анализ корреляционных связей выявил отрицательную зависимость уровня относительной экспрессии гена BMP-2 с показателем длина головы в возрасте 6 мес (P <0,05). По остальным возрастным группам достоверных значений не выявлено. Установлена положительная взаимосвязь экспрессии анализируемого гена в тканях прямого кишечника и сердца (r=0,667), однако показатель не был статистически значим (таблица 3).

Таблица 3 - Корреляционные связи уровня относительной экспрессии гена BMP-2 в тканях сердца с некоторыми размерно-весовыми показателям рыб

Показатель

Возраст рыбы

6 мес

12 мес

18 мес

24 мес

2^(-ddCt) (сердце)

2^(-ddCt) (пр. киш)

0,667

0,500

-0,154

-0,500

Масса, г

-0,410

-1,000

-0,400

-0,500

Длина по Смиту, см

-0,564

-0,500

-0,400

-0,500

Длина до конца чешуйчатого покрова, см

-0,564

-0,500

-0,400

-0,500

Длина головы, см

-0,973*

-1,000

-0,600

-0,500

Высота тела, см

-0,649

-1,000

-0,700

-0,500

Толщина тела, см

-0,730

-0,866

-0,462

0,500

Мышечная масса

-0,154

-1,000

-0,200

-0,500

Примечание: * P <0,05

Экспрессия гена BMP-2 в различных тканях исследовалась у человека, и различными авторами было отмечено, что наибольшая экспрессия этого гена наблюдалась в мышечных тканях, а также костной и соединительной ткани. В нашем случае были взяты мышечная ткань, ткани сердца и прямой кишки. Полученные нами результаты схожи с результатами экспериментов по оценки уровня экспрессии гена BMP-2 не только у человека, но и у других сельскохозяйственных животных

,
,
,
.

4. Заключение

Установлено, что в период активного роста радужной форели породы рофор уровень относительной экспрессии гена BMP-2 в тканях сердца значительно возрастал у рыб в возрасте 18 мес в сравнении с другими возрастными периодами (Р <0,05).

Метрика статьи

Просмотров:468
Скачиваний:5
Просмотры
Всего:
Просмотров:468