大閘蟹“斷手?jǐn)嗄_”后自生自滅？
上海科學(xué)家領(lǐng)銜研究給出“再生”答案
提起斷肢后再生，你首先想到的是不是壁虎？那么螃蟹“斷手?jǐn)嗄_”后就只能自生自滅了嗎？科學(xué)家最新的研究給出了否定的回答。近日，上海海洋大學(xué)水產(chǎn)與生命學(xué)院王成輝教授團(tuán)隊(duì)，聯(lián)合學(xué)院李晨虹教授、德國(guó)波茨坦大學(xué)邁克爾·霍夫邁斯特教授、美國(guó)內(nèi)布拉斯加大學(xué)奧馬哈分校呂國(guó)慶教授等研究人員，在中華絨螯蟹基因組與斷肢再生研究上取得進(jìn)展。相關(guān)成果在國(guó)際知名學(xué)術(shù)期刊《科學(xué)·進(jìn)展》(Science Advances)上發(fā)表。
全基因組測(cè)序和組裝
中華絨螯蟹，也就是大家常說的大閘蟹，是我國(guó)高經(jīng)濟(jì)價(jià)值的水產(chǎn)甲殼動(dòng)物——在我國(guó)28個(gè)省市區(qū)養(yǎng)殖，產(chǎn)業(yè)規(guī)模龐大。但由于其染色體數(shù)目多(2n=146)，基因組重復(fù)序列高，長(zhǎng)期以來一直面臨基因組組裝困難的問題。
研究團(tuán)隊(duì)利用第三代測(cè)序技術(shù)結(jié)合BioNano光學(xué)圖譜和Hi-C高通量染色體構(gòu)象捕獲技術(shù)，開展了長(zhǎng)江水系中華絨螯蟹的全基因組測(cè)序和組裝，獲得了染色體水平的精細(xì)基因組圖譜。組裝的中華絨螯蟹基因組大小為1.67Gb，覆蓋其基因組大小的94.4%，共鑒定出20286個(gè)蛋白編碼基因。
Innexin2基因喚醒生機(jī)
“再生”，聽起來科幻，但實(shí)際上人體每時(shí)每刻都在“再生”，如傷口修復(fù)、肝臟再生、長(zhǎng)出新的頭發(fā)和指甲……相較于哺乳動(dòng)物，中華絨螯蟹的“再生”能力更為神奇。當(dāng)河蟹受到外界刺激時(shí)，附著在基節(jié)與底節(jié)間的肌肉會(huì)強(qiáng)烈收縮，折斷面隨即斷開，“斷手?jǐn)嗄_”之后亦可再生。
能力雖強(qiáng)，但是這種斷肢現(xiàn)象在生產(chǎn)養(yǎng)殖中較為普遍，斷肢的扣蟹不用于養(yǎng)殖生產(chǎn)而浪費(fèi)，斷肢的成蟹大多走入普通市場(chǎng)，售價(jià)低廉，對(duì)整個(gè)產(chǎn)業(yè)應(yīng)用性和經(jīng)濟(jì)價(jià)值的提升造成很大影響。
針對(duì)中華絨螯蟹獨(dú)特的斷肢再生現(xiàn)象進(jìn)行探索，兼具基礎(chǔ)研究和產(chǎn)業(yè)應(yīng)用價(jià)值。王成輝表示：“我們?cè)讷@得中華絨螯蟹染色體水平基因組的基礎(chǔ)上，展開了比較基因組學(xué)分析，以鑒別節(jié)肢動(dòng)物特有的基因和基因家族。”
研究團(tuán)隊(duì)分析發(fā)現(xiàn)，Innexin基因家族在中華絨螯蟹斷肢再生的早期發(fā)揮著重要的分子信號(hào)傳導(dǎo)作用。研究首次發(fā)現(xiàn)，Innexin2基因在斷肢后1天內(nèi)特異的表達(dá)上調(diào)，且通過調(diào)控mTORC1信號(hào)通路和免疫應(yīng)答反應(yīng)，介導(dǎo)中華絨螯蟹的斷肢再生過程。
讓“壓縮包”解開封印
研究還發(fā)現(xiàn)中華絨螯蟹斷肢再生早期受表觀遺傳學(xué)的調(diào)控，其中SMYDA基因家族只存在于節(jié)肢動(dòng)物中，在中華絨螯蟹斷肢早期下調(diào)表達(dá)而在肢芽生長(zhǎng)時(shí)期表達(dá)回復(fù)至未斷肢時(shí)的水平。
進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)，該基因家族還在中華絨螯蟹從大眼幼體到仔蟹的變態(tài)過程中整體差異表達(dá)，表明節(jié)肢動(dòng)物特異的SMYDA基因家族在中華絨螯蟹涉及明顯形態(tài)發(fā)生如變態(tài)、再生的生物學(xué)過程中，發(fā)揮重要的表觀修飾作用。
王成輝解釋，SMYDA基因家族就好比一個(gè)掌握細(xì)胞分化和增殖的“壓縮包”管理員，“壓縮包”里藏著細(xì)胞分化、增殖的重要文件，這個(gè)基因家族的調(diào)控可以讓“壓縮包”解開封印，露出基因位點(diǎn)，引起后續(xù)相關(guān)基因的表達(dá)。
團(tuán)隊(duì)還以南美白對(duì)蝦、羅氏沼蝦、日本沼蝦為研究對(duì)象作斷肢轉(zhuǎn)錄組比較分析，發(fā)現(xiàn)Innexin、SMYDA基因家族的相關(guān)基因在斷肢后具有與中華絨螯蟹基本一致的表達(dá)模式，推測(cè)甲殼動(dòng)物具有共性的與脊椎動(dòng)物不同的斷肢再生早期分子應(yīng)答機(jī)制。(本報(bào)記者 郜陽)
