扬子鳄GHR、IGF-1R、IGF-2和IGF-2R的分子结构特征及在冬眠期和活动期的时空表达变化

扬子鳄（Alligator sinensis）属爬行纲鳄目鼍科,是我国特有的鳄类,因其野生种群数量稀少,已被列为国家一级保护动物。扬子鳄的皮革用途广,肉质鲜美并具有药用价值,还可作为观赏动物,故人工养殖可带来较高的经济效益。但扬子鳄属小型鳄,体长仅有大型鳄的1/3左右,且生长速度缓慢,这导致扬子鳄的人工养殖周期较长,养殖成本偏高,因而扬子鳄的快速生长养殖技术一直倍受广大鳄类养殖者关注和期待。内分泌生长轴对脊椎动物的生长起重要的调控作用,但目前对扬子鳄生长的内分泌调控机制知之甚少。本研究首次对扬子鳄生长轴上关键基因（GHR、IGF-1R、IGF-2和IGF-2R）的分子结构特征进行了分析,并通过荧光定量PCR技术分别比较了这四个基因在冬眠期和活动期的时空表达变化。扬子鳄生长激素受体（growth hormone receptor,GHR）的cDNA全序列包含一个236bp的5’-非编码区（5’-UTR）,一个325bp的3’-非编码区（3’-UTR）和一个1848bp的开放阅读框（Open Reading Frame,ORF）。ORF共编码615个氨基酸,分为信号肽和成熟肽两段,分别含18和597个氨基酸。成熟肽由胞外区（221个氨基酸）、胞内区（352个氨基酸）和跨膜区（24个氨基酸）三部分组成。相似性比对分析表明,扬子鳄GHR与密西西比鳄的相似性最高（99%）,与龟类（约82%）和鸟类（71%-81%）的相似性较高。进化树分析显示鳄类与鸟类亲缘关系最近。荧光定量PCR结果表明,扬子鳄GHR在所检测的11个组织中都有表达。在活动期,肠的GHR mRNA表达量最高,肌肉和肝脏其次,其他组织中表达量较低。冬眠期,心脏、脾、肺、肾、胃、卵巢和肌肉中GHR的表达量极显著增加（P<0.01）,但肠的表达量极显著减少（P<0.01）,胰、肝脏和输卵管中无明显变化。GHR mRNA在活动期和冬眠期的表达变化表明,GHR可能对扬子鳄的消化和生长起到重要的调控作用。扬子鳄胰岛素样生长因子1受体（insulin-like growth factor-1 receptor,IGF-1R）cDNA序列全长为4681bp,包括一个69bp的5’-UTR,一个523bp的3’-UTR和一个4089bp的ORF。ORF编码一条含1363个氨基酸残基的多肽链,分为α和β两个亚基,α亚基包含一个由30个氨基酸组成的信号肽,一个保守的多半胱氨酸区和11个潜在的N-糖基化位点;β亚基包含一个跨膜域,一个酪氨酸激酶结构域和一个羧基末端。多序列比对结果发现扬子鳄IGF-1R与密西西比鳄的相似性最高,其次为鸟类。进化树分析显示鳄类与鸟类亲缘关系最近。荧光定量PCR结果表明,扬子鳄IGF-1R在所测的11个组织中都表达。在活动期,扬子鳄肌肉中的IGF-1R表达量最高,心脏、卵巢、输卵管和肾中表达量较高,胰、肺和小肠较低,肝脏、脾和胃中最低。冬眠期,心脏和肌肉中IGF-1R表达量极显著增加（P<0.01）,肾中表达显著增加（P<0.05）。IGF-1R的时空表达变化表明其对扬子鳄的生长和多种器官的代谢活动起重要调节作用。扬子鳄成熟的胰岛素样生长因子2（insulin-like growth factor-2,IGF-2）由67个氨基酸残基组成,含B-C-A-D四个结构域。IGF-2R由2469个氨基酸残基组成,可分为信号肽、跨膜区、胞内区和胞外区四部分。对不同物种IGF-2及其受体氨基酸序列进行多序列比对,结果表明扬子鳄与其他爬行类一致性最高,其次为鸟类。进化树分析表明鳄类与鸟类亲缘关系最近。荧光定量PCR结果表明,扬子鳄IGF-2及其受体在所检测的11个组织中都有表达。活动期,扬子鳄的IGF-2在肾和肝脏的表达量最高,其次为胰、卵巢、心脏、脾和肌肉,在输卵管、肠、肺和胃中表达量较少。冬眠期,肺、肾、胃和胰中IGF-2的表达量极显著降低（P<0.01）,在肝和肌肉中的表达量显著降低（P<0.05）,其他组织无显著变化。活动期,IGF-2R在脾和胃中表达量最高,其次为肾、胰和肌肉,在其他组织中表达量较少。冬眠期,脾、肺、肾、胃、肠和胰的IGF-2R的表达量极显著降低（P<0.01）,心脏和肌肉的表达量极显著增加（P<0.05）,其他组织无显著变化。IGF-2及其受体表达量的变化表明其对扬子鳄的生长和多种器官的代谢活动起重要调节作用。本研究不仅加深了对生长轴关键基因（GHR、IGF-1R、IGF-2和IGF-2R）的分子结构进化的认识,而且增进了对扬子鳄内分泌调控机制的了解,为发展扬子鳄的快速生长养殖技术提供了基础资料。