今日聚焦!華中農(nóng)業(yè)大學(xué)高澤霞團隊在魚類肌間刺研究方面取得新進展

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研究明確了魚類肌間刺形成的關(guān)鍵細胞群，鑒定到調(diào)控魚類肌間刺發(fā)育的關(guān)鍵基因runx2b，揭示了runx2b調(diào)控魚類肌間刺形成的分子機制。

世界主要養(yǎng)殖魚類都含有一定數(shù)量的肌間刺，特別是我國主養(yǎng)的青草鰱鳙鯉鯽魴等大宗淡水魚類，食用時極易出現(xiàn)卡喉嚨的危險，嚴(yán)重影響了其產(chǎn)品的經(jīng)濟價值。高澤霞教授團隊前期研究已利用轉(zhuǎn)錄組、蛋白組、小RNA組、全轉(zhuǎn)錄組等組學(xué)構(gòu)建了魚類肌間刺發(fā)生發(fā)育的組學(xué)資源庫，并篩選到了關(guān)鍵的信號通路和候選功能基因，但肌間刺形成的關(guān)鍵調(diào)控基因尚不明確。

該研究首先利用單細胞轉(zhuǎn)錄組測序技術(shù)（scRNA-seq）定義了野生型斑馬魚肌間刺所在區(qū)域的18個細胞類群，篩選到了肌間刺形成顯著相關(guān)的肌腱祖細胞、肌腱分化細胞、成熟肌腱細胞和成骨細胞類群。細胞擬時序分析結(jié)果推測肌間刺是由肌腱祖細胞經(jīng)肌腱分化細胞，再分化為成骨細胞而形成的。根據(jù)基因在細胞軌跡上的表達模式，篩選到10個與肌間刺形成密切相關(guān)的功能基因，并在斑馬魚上運用CRISPR-Cas9基因編輯技術(shù)分別構(gòu)建了基因突變品系。最終發(fā)現(xiàn)runx2b突變斑馬魚肌間刺完全缺失，且其個體生長、其它骨骼單元形成、肌肉脂肪酸和氨基酸含量等性狀均未受到顯著影響。scRNA-seq分析同時揭示了runx2b突變體斑馬魚的肌間刺發(fā)生區(qū)成骨細胞數(shù)量的顯著減少，在個體和細胞水平明確了TGF-β/BMP signaling pathway在肌間刺形成過程中的重要調(diào)控作用。

此外，該研究團隊在經(jīng)濟魚類團頭魴（武昌魚）上運用CRISPR-Cas9基因編輯技術(shù)構(gòu)建了runx2b基因F0代突變體，發(fā)現(xiàn)runx2b突變體團頭魴的肌間刺發(fā)育亦受到顯著影響，部分個體肌間刺數(shù)目減少30%以上，表明runx2b基因?qū)?jīng)濟魚類肌間刺形成亦具有重要調(diào)控作用。鑒于團頭魴性成熟時間為2年，團隊擬在后續(xù)研究中繁育獲得純和突變品系，以期獲得肌間刺完全缺失的團頭魴新種質(zhì)。

我校水產(chǎn)學(xué)院博士后聶春紅、副教授萬世明、博士生陳宇龍為論文共同第一作者，水產(chǎn)學(xué)院高澤霞教授和中國科學(xué)院南海海洋研究所林強研究員為論文共同通訊作者，水產(chǎn)學(xué)院王衛(wèi)民教授參與指導(dǎo)了本研究，比利時根特大學(xué)Paul Witten教授與Ann Huysseune教授，巴西莫吉達斯克魯茲大學(xué)Alexandre Hilsdorf教授等參與了本項研究。該研究得到國家大宗淡水魚類產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系、湖北洪山實驗室、國家自然科學(xué)基金、中國科學(xué)院前沿科學(xué)重點研究等項目的支持。

圖1 論文摘要圖