扇贝生长速度和抗逆性的提升是扇贝育种工作的重中之重。贝类的快速生长可能受营养感知和能量代谢相关通路的调控,生长环境中季节性的营养不足可能与脊椎动物的热量限制相似。而饮食限制和营养感受通路是寿命调控网络的重要组成部分,生长速度快、抗逆性强的扇贝品系所呈现出的显著的性状优势可能是由于寿命相关基因和营养条件决定的。丝裂原活化蛋白激酶激酶 1(dual specificity mitogen-activated protein kinase kinase 1,MEK1)在植物和脊椎动物衰老信号的传递过程中发挥重要作用,被视为研究Raf-MEK-ERK调控生物体寿命和衰老的切入点,营养限制是可有效延长生物体寿命的非遗传途径,而有关MEK1及营养限制在海洋贝类寿命调控机制的研究未见报道。分化距离近但寿命差异显著的海湾扇贝(Argopecten irradianscancer biology irradians,寿命不足2年)和紫扇贝(Argopecutenpurpurats,寿命可SB203580半抑制浓度达7-10年)是解析自然条件下海洋动物寿命决定机制的理想材料。本文以二者为实验材料,旨在探究MEK1基因及营养限制对Argopecten属扇贝类寿命的调控作用,以期为推动扇贝寿命的分子标记识别、扇贝产量和产品价值的提升提供理论依据和分子基础。研究结果如下:1.AiiMEK1和ApuMEK1在海湾扇贝和紫扇贝中的结构差异和组织表达模式分析:AiiMEK1和ApuMEK1的cDNA长度均为1209bp,编码相同的氨基酸序列。二者的核苷酸序列中41个同义SNP,包括29个转换和12个颠换,提示两种扇贝中MEK1基因存在结构变异。AiiMEK1和ApuMEK1在所有检测的组织中均有表达,表明MEK1不是组织特异性基因,可能在多种生理过程中发挥作用。随着海湾扇贝的衰老,AiiMEK1的表达量在所有检测的组织中均显著上调,尤其是在闭壳肌和鳃中。而ApuMEK1在组织的表达与生长周期长短没有明显相关性。以上实验结果提示AiiMEK1和ApuMEK1的结构变异以及二者在组织的表达模式的不同可能与这两种扇贝的寿命差异有关系。2.AiiMEK1和ApuMEK1在两种扇贝寿命调控中的功能研究:在本研究中,衰老标志物β-半乳糖苷酶(β-GAL)的活性伴随着AiiMEK1表达水平显著升高而selleckchem AMG510上升,而ApuMEK1的表达水平与生长周期长短并没有明显相关性且两个发育阶段组织的β-GAL活性不存在显著差异(p>0.05)。敲降AiiMEK1的表达水平后,干扰组的β-GAL活性及mTOR通路相关基因的表达水平显著下调,而抗氧化和DNA损伤修复相关基因的表达显著上调。经营养限制30天和56天后,实验组肝胰腺AiiMEK1的表达量均显著低于对照组(p<0.05)。在紫扇贝营养限制第30天时,肝胰腺中ApuMEK1的表达量也显著低于对照组(p<0.05),而营养限制组其他组织中的表达量均维持在接近对照组的水平;在第56天时营养限制组鳃和外套膜ApuMEK1的表达量显著低于同时期的对照组(p<0.05)。根据上述结果,初步推测MEK1通过Raf-MEK-ERK级联反应,上调mTOR通路活性,抑制抗氧化和DNA损伤修复基因的表达,从而负调控海湾扇贝的寿命。营养限制条件下MEK1表达水平下调,提示营养限制有助于延长扇贝寿命。3.转录组分析Argopecten属两种扇贝对营养限制的响应:前期研究表明营养限制同样有助于延长扇贝的寿命,因此本研究分别对海湾扇贝和紫扇贝营养限制30天和56天的实验组和对照组进行了转录组分析。根据转录组的结果,结合已有研究报道,我们从转录组差异基因中筛选出了HspA5、HYOU1、SIL1、PDX2、XDH、BCL2L1、Xiap、GADD45、Mcm2-Mcm6、PCNA、Pola1、GPx、FoxO、SOD、ULK2和Bnip3等20个可能参与扇贝寿命调控的候选基因,其中,PDX2和XDH是海湾扇贝转录组所特有的差异表达基因,而FoxO、SOD、ULK2、Bnip3是紫扇贝转录组所特有的差异表达基因。对这些差异表达基因的KEGG富集分析显示,这些差异基因显著富集在NF-kappa B信号通路、p53信号通路、FoxO信号通路、DNA复制、DNA修复、过氧化物酶体以及长寿调节通路-线虫信号通路。据此,我们初步推测营养限制可能通过下调DNA复制基因、上调DNA修复基因以及诱导抗凋亡基因的表达来延长扇贝的寿命。除此之外,营养限制还可能通过上调抗氧化基因和自噬基因的表达水平调控扇贝的寿命。基于以上实验结果,我们的研究初步表明MEK1可能通过Raf-MEK-ERK级联反应和mTOR通路,抑制抗氧化和DNA损伤修复基因的表达,从而负调控海湾扇贝的寿命。营养限制可能通过下调DNA复制基因、上调DNA修复基因以及诱导抗凋亡基因的表达、上调抗氧化基因和自噬基因的表达水平来调控扇贝的寿命。本研究结果可为贝类分子标记辅助育种奠定研究基础。