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      華大海洋
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      華大海洋發表海馬降血壓肽多組學研究成果
      日期:2022-07-06

      近日,華大海洋在國際學術期刊Frontiers in Marine Science上發表了海馬降血壓肽研究成果(圖1)[1]。該研究以線紋海馬(Hippocampus erectus)為實驗材料,通過基因組、轉錄組和蛋白組等多組學技術手段,對海馬降血壓肽的組成類型、組織分布和含量水平進行分析,為開發以海馬為原料的降血壓性功能制品、保健食品和臨床藥物等提供理論依據。 

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      圖1.線紋海馬降血壓肽論文發表 

      華大海洋研究院助理院長黃玉博士、博士生陳西洋(現同濟大學在讀,原華大海洋2017級碩士生)為論文并列第一作者,研究院院長石瓊院士和深圳職業技術學院楊劍教授為共同通訊作者。本研究受深圳市科創委及大鵬新區經服局專項課題經費資助。 

      論文的主要內容簡介 

      高血壓是危害人類健康的常見慢性病之一,還容易伴有心、腦、腎等器官的功能或器質性損害?,F如今,高血壓已發展成為全球性健康問題,尤其是高血壓患者年輕化明顯,使得高血壓的防治工作顯得越發緊要。 

      目前,市場上常用的合成降壓藥有一定的毒副作用,亟需開發以生物天然產物(尤其是食品來源的產物)為媒介的可替代產品,降血壓肽(antihypertensive peptides)就是其中最具有發展潛力的替代性或補充性治療產品。 

      降血壓肽是一類由2~15個氨基酸組成的活性小肽,主要通過抑制腎素或血管緊張素轉換酶(ACE)途徑產生降血壓功效,也可通過阻斷血管緊張素II受體、Ca2 +通道和抗氧化等途徑發揮作用。 

      降血壓肽廣泛存在于各種生物體中,前期在海馬中已經發現了9條降血壓肽序列,因此海馬這一藥食同源魚類可以作為理想的降血壓肽開發原材料。 

      線紋海馬(圖2)是目前中國養殖量最大的海馬品種,因具有特殊藥用價值而市場需求廣泛,但其具體的藥用功效成分及相關作用機理尚不明確。而降血壓肽在海馬中的發現,可以為海馬的藥用價值提供支撐,并有待進一步推進海馬及其加工制品的產業化應用。 

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      圖2. 線紋海馬[2] 

      本研究通過分析多組學數據發現,海馬的蛋白集中存在大量的降血壓肽序列,大多由3-6個氨基酸組成,其中Gly-Leu-Pro (GLP)、Leu-Gly-Pro (LPG)和Val-Ser-Val (VSV)是含量最為豐富的三種三肽(圖3)。這一發現與我們之前在多種魚[3]和幾種哺乳動物(如牛、小須鯨、海豚)中的結論一致[4]。 

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      圖3. 線紋海馬中降血壓肽種類及長度分布 

      在數據分析過程中,我們注意到越長的蛋白可能擁有越多的降血壓肽序列[2]。因此,本研究同時以單個蛋白中降血壓肽保有數量及占比(降血壓肽總長度/蛋白總長度)這兩個參數來衡量某個蛋白是否富含降血壓肽。結果顯示,線紋海馬中降血壓肽含量最為豐富的蛋白主要是各類膠原蛋白(collagen)及三種膠聯蛋白(titin),還有少數其它蛋白如肌凝蛋白、G蛋白偶聯受體等(圖4)。 

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      圖4. 線紋海馬蛋白集的降血壓肽分布 

      其中,兩個膠聯蛋白(圖4右上角兩個TITIN)的降血壓肽含量最為突出,最多的一個(HE002169)包含19種共104個降血壓肽(圖5),另一個(HE002161)則含有15種共78個降血壓肽(圖5)。而在所有49個富含降血壓肽的蛋白中,膠原蛋白有19個(圖4中彩色標注的COL),占比最高,但其降血壓肽含量少于膠聯蛋白,例如COL10A1(HE002468)、COL4A2 (HE013817)、COL11A1 (HE014005)分別含有43、40和40個降血壓肽。 

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      圖5. 線紋海馬中膠聯蛋白含有最多的降血壓肽序列 

      隨后,本研究利用轉錄組[2]和蛋白組[5]數據,探討了這些富含降血壓肽的蛋白主要在哪些組織樣本、什么發育時期活躍轉錄和高表達。我們選取了7個不同發育階段的海馬胚胎、大腦組織、育兒囊和精巢等共19份組織樣本進行轉錄組測序,數據顯示,來自同一組織而不是同一發育時期的樣本聚在一起,并且在孵化一天后的胚胎中,編碼降血壓肽的基因轉錄模式與其它樣本存在顯著差異(圖6)。 

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      圖6.線紋海馬不同發育時期和不同組織中編碼降血壓肽的基因的轉錄模式 

      蛋白組數據顯示,雄性海馬和雌性海馬的蛋白表達模式也存在差異。兩組樣本中,共有231個差異表達蛋白,其中131個在雄性樣本中高表達,且差異倍數最大的前5個蛋白中有2個是毒素肽,分別是natterin(HE017204,含有強降血壓活性的“VRP”降血壓肽)以及neoverrucotoxin(HE016101,一種富含“LGP” 和“GPL”的類毒鲉毒素)。 

      前期研究從其它海馬和海龍中分離出9種降血壓肽序列,有3種(APTL、PWTPL、PAGPRGPA)也存在于線紋海馬中。其中,降血壓肽PAGPRGPA就是來源于膠原蛋白,并且在雄性育兒囊中表達量很高。但是,線紋海馬中沒有找到其它6種降血壓肽序列,表明即使是同科甚至同屬的近緣物種中,由于蛋白序列的多樣性造成它們所含的降血壓肽種類重合度可能并不高。 

      綜上所述,本研究利用多組學技術手段,分析了線紋海馬中降血壓肽的種類、含量及主要蛋白來源,并揭示了不同性別、不同發育時期和不同組織類型中降血壓肽的轉錄水平與翻譯水平差異。有關結果為實際生產中如何選擇合適樣本來提取和純化降血壓肽提供指導,并進一步明確了線紋海馬作為藥食同源水產品的重要經濟價值。 

      華大海洋的前期相關研究 

      2016年,華大海洋聯合中國科學院南海海洋研究所等多家單位,成功破譯了虎尾海馬(H. comes)的全基因組,并作為封面文章發表在Nature上[6],相關成果入選 “2016年度中國海洋十大科技進展”。次年,華大海洋又再次聯合發布了線紋海馬的基因組[2]。 

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      華大海洋聯合發表虎尾海馬基因組Nature封面文章 

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      華大海洋聯合破譯線紋海馬基因組 

      隨著海馬組學數據的積累,華大海洋相繼開展了海馬活性多肽研究,并于2020年發表海馬抗菌肽研究成果[5]。 

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      華大海洋發表線紋海馬抗菌肽研究成果 

      此外,華大海洋一直致力于海洋生物活性多肽挖掘工作,除海馬外,已從白海豚[4]、南極磷蝦[7]等海洋生物中鑒定到多種降血壓肽新型序列,從彈涂魚[8]、石斑魚[9]、南極磷蝦[7]等海洋生物中鑒定到眾多抗菌肽序列,還從芋螺[10-15]、魟[16]、獅子魚[17]中篩選到多種毒素肽序列,并發表全球首個芋螺基因組圖譜[10]。這些海洋生物來源的活性多肽,為開發海洋功能制品、保健食品及藥品奠定了堅實的遺傳基礎。 

      參考文獻 

      [1] Huang Y. et al. Frontiers in Marine Science, 2022, 9:863310. 

      [2] Lin Q. et al. GigaScience, 2017, 6:gix030. 

      [3] Yi Y. et al. Genomics, 2019, 111(3):215-221. 

      [4] Jia K. et al. Marine Drugs, 2019, 17:504. 

      [5] Chen X. et al. Marine Drugs, 2020, 18:30. 

      [6] Lin Q. et al. Nature, 2016, 540(7633):395-399. 

      [7] Huang Y. et al. Marine Drugs, 2020, 18:185. 

      [8] Yi Y. et al. Marine Drugs, 2017, 15:364. 

      [9] Wang D. et al. Marine Drugs, 2019, 17:503. 

      [10] Peng C. et al. Cell Discovery, 2021, 7:11. 

      [11] Peng C. et al. GigaScience, 2016, 5:17. 

      [12] Huang Y. et al. Marine Drugs, 2017, 15:228. 

      [13] Gao B. et al. Toxins, 2017, 7:214. 

      [14] Gao B. et al. International Journal of Molecular Sciences, 2018, 19:3901. 

      [15] Yao G. et al. Marine Drugs, 2019, 17: 193. 

      [16] Silva F. et al. Toxins, 2018, 10:544. 

      [17] Xie B. et al. Genomics, 2019, 111(3):231-241.