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大闸蟹“断手断脚”后只能自生自灭?

提起断肢后再生,你(ni)首先想到的(de)是(shi)不是(shi)壁虎?那么螃蟹“断手断脚”后就只能自生自灭了吗?科学家最新的(de)研究给出了否定的(de)回答。近日,上海海洋大学水产与生命学院王成辉教授团队(tuandui)(dui),联合学院李晨虹教授、德国波茨坦大学迈克尔·霍夫迈斯特教授、美国内布拉斯加大学奥马哈分校吕国庆教授等研究人(ren)员,在中华绒螯蟹基因组与断肢再生研究上取得进展。相关成果在国际知名学术期刊《科学·进展》(Science Advances)上发表。

全基因组测序和组装

中华绒螯蟹,也就是(shi)大家常说的(de)大闸蟹,是(shi)我(wo)国高经济价值的(de)水产甲壳动物——在我(wo)国28个省市区养殖,产业规模庞大。但由于其染色体数目多(2n=146),基因组重复序列高,长期以来一直面临基因组组装困难的(de)问题。

研究团队(tuandui)(dui)利用第三代测序技术结合BioNano光学图谱和Hi-C高通量染色体构象捕获技术,开展了长江水系中华绒螯蟹的(de)全基因组测序和组装,获得了染色体水平的(de)精细基因组图谱。组装的(de)中华绒螯蟹基因组大小为1.67Gb,覆盖其基因组大小的(de)94.4%,共鉴定出20286个蛋白编码基因。

Innexin2基因唤醒生机

“再生”,听起来科幻,但实际上人(ren)体每时每刻都在“再生”,如伤口修复、肝脏再生、长出新的(de)头发和指甲……相较于哺乳动物,中华绒螯蟹的(de)“再生”能力更为神奇。当河蟹受到外界刺激时,附着在基节与底节间的(de)肌肉会强烈收缩,折断面随即断开,“断手断脚”之后亦可再生。

能力虽强,但是(shi)这种断肢现象在生产养殖中较为普遍,断肢的(de)扣蟹不用于养殖生产而浪费,断肢的(de)成蟹大多走入普通市场,售价低廉,对(dui)整个产业应用性和经济价值的(de)提升造成很大影响。

针对(dui)中华绒螯蟹独特的(de)断肢再生现象进行探索,兼具基础研究和产业应用价值。王成辉表示:“我(wo)们(men)在获得中华绒螯蟹染色体水平基因组的(de)基础上,展开了比较基因组学分析,以鉴别节肢动物特有的(de)基因和基因家族。”

研究团队(tuandui)(dui)分析发现,Innexin基因家族在中华绒螯蟹断肢再生的(de)早期发挥着重要的(de)分子信号传导作用。研究首次发现,Innexin2基因在断肢后1天内特异的(de)表达上调,且通过调控mTORC1信号通路和免疫应答反应,介导中华绒螯蟹的(de)断肢再生过程。

让“压缩包”解开封印

研究还发现中华绒螯蟹断肢再生早期受表观遗传学的(de)调控,其中SMYDA基因家族只存在于节肢动物中,在中华绒螯蟹断肢早期下调表达而在肢芽生长时期表达回复至未断肢时的(de)水平。

进一步分析发现,该基因家族还在中华绒螯蟹从大眼幼体到仔蟹的(de)变态过程中整体差异表达,表明节肢动物特异的(de)SMYDA基因家族在中华绒螯蟹涉及明显形态发生如变态、再生的(de)生物学过程中,发挥重要的(de)表观修饰作用。

王成辉解释,SMYDA基因家族就好(hao)比一个掌握细胞分化和增殖的(de)“压缩包”管理员,“压缩包”里藏着细胞分化、增殖的(de)重要文件,这个基因家族的(de)调控可以让“压缩包”解开封印,露出基因位点,引起后续相关基因的(de)表达。

团队(tuandui)(dui)还以南美白对(dui)虾、罗氏沼虾、日本沼虾为研究对(dui)象作断肢转录组比较分析,发现Innexin、SMYDA基因家族的(de)相关基因在断肢后具有与中华绒螯蟹基本一致的(de)表达模式,推测甲壳动物具有共性的(de)与脊椎动物不同的(de)断肢再生早期分子应答机制。(本报记者 郜阳) 【编辑:陈海峰】

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断肢,中华绒螯蟹,基因家族,基因组大小,压缩包

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