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研究明確了魚類肌間刺形成的關(guān)鍵細(xì)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(jī)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(shí)極易出現(xiàn)卡喉嚨的危險(xiǎn)，嚴(yán)重影響了其產(chǎn)品的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。高澤霞教授團(tuán)隊(duì)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(xì)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(xì)胞類群，篩選到了肌間刺形成顯著相關(guān)的肌腱祖細(xì)胞、肌腱分化細(xì)胞、成熟肌腱細(xì)胞和成骨細(xì)胞類群。細(xì)胞擬時(shí)序分析結(jié)果推測肌間刺是由肌腱祖細(xì)胞經(jīng)肌腱分化細(xì)胞，再分化為成骨細(xì)胞而形成的。根據(jù)基因在細(xì)胞軌跡上的表達(dá)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(yùn)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(shí)揭示了runx2b突變體斑馬魚的肌間刺發(fā)生區(qū)成骨細(xì)胞數(shù)量的顯著減少，在個體和細(xì)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(tuán)隊(duì)在經(jīng)濟(jì)魚類團(tuán)頭魴（武昌魚）上運(yùn)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(tuán)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(jì)魚類肌間刺形成亦具有重要調(diào)控作用。鑒于團(tuán)頭魴性成熟時(shí)間為2年，團(tuán)隊(duì)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(tuán)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(qiáng)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(shí)根特大學(xué)Paul Witten教授與Ann Huysseune教授，巴西莫吉達(dá)斯克魯茲大學(xué)Alexandre Hilsdorf教授等參與了本項(xiàng)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(shí)驗(yàn)室、國家自然科學(xué)基金、中國科學(xué)院前沿科學(xué)重點(diǎn)研究等項(xiàng)目的支持。

圖1 論文摘要圖