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，聯(lián)合學(xué)院李晨虹教授、德國波茨坦大學(xué)Michael Hofreiter教授、美國內(nèi)布拉斯加大學(xué)奧馬哈分校呂國慶教授等研究人員，在中華絨螯蟹基因組與斷肢再生研究取得進(jìn)展。相關(guān)研究成果“Omics data unveil early molecular response underlying limb regeneration in the Chinese mitten crab, Eriocheir sinensis”發(fā)表于《Science Advances》。

高質(zhì)量完成中華絨螯蟹全基因組測序和組裝

中華絨螯蟹（Eriocheir sinensis）是中國人餐桌上最常見的螃蟹品種，也是我國高經(jīng)濟(jì)價值的水產(chǎn)甲殼動物，全國有28個省市區(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，長期以來一直面臨基因組組裝困難的問題。

研究團(tuán)隊利用第三代測序技術(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)進(jìn)行了長江水系中華絨螯蟹的全基因組測序和組裝，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%（1.77Gb），其中Scaffold N50為16.98Mb, Contig N50為717.3kb，共鑒定出20286個蛋白編碼基因（圖1）。

圖1. 中華絨螯蟹染色體水平的基因組特征

首次揭秘喚醒生機(jī)的Innexin2基因

“再生”這個詞聽起來科幻，但實際上人們的身體每時每刻也都在“再生”，如傷口修復(fù)、肝臟再生、長出新的頭發(fā)和指甲……相較于哺乳動物，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，附著在基節(jié)與底節(jié)間的肌肉便會強(qiáng)烈地收縮，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，售價低廉，對整個產(chǎn)業(yè)應(yīng)用性和經(jīng)濟(jì)價值的提升造成很大的影響。

針對中華絨螯蟹獨(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)用價值。王成輝介紹：“我們在獲得中華絨螯蟹染色體水平基因組的基礎(chǔ)上，進(jìn)行了比較基因組學(xué)分析，以鑒別節(jié)肢動物特有的基因和基因家族?！毖芯繄F(tuán)隊通過對斷肢再生不同發(fā)育時期的比較轉(zhuǎn)錄組和基因共表達(dá)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（圖2）。

圖2. Innexin2調(diào)控中華絨螯蟹斷肢再生的分子應(yīng)答機(jī)制

嘗試解讀細(xì)胞分化的“壓縮包”

研究還發(fā)現(xiàn)了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)肢動物，在中華絨螯蟹斷肢早期下調(diào)表達(dá)而在肢芽生長時期表達(dá)回復(fù)至未斷肢時的水平。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)肢動物特異的SMYDA基因家族在中華絨螯蟹涉及到明顯形態(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（圖3）。王成輝解釋，“SMYDA基因家族就好比一個掌握細(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)?！?/span>

圖3. 特異的SMYDA基因家族在中華絨螯蟹斷肢再生過程中發(fā)揮表觀遺傳調(diào)控作用

團(tuán)隊還以南美白對蝦、羅氏沼蝦、日本沼蝦為研究對象進(jìn)行了斷肢轉(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，推測甲殼動物具有共性的與脊椎動物不同的斷肢再生早期分子應(yīng)答機(jī)制。

該研究為開展中華絨螯蟹的分子育種提供了重要的基因組資源和平臺，為提升養(yǎng)殖生產(chǎn)與管理水平提供了有益指導(dǎo)。據(jù)悉，目前《Science Advances》是《Science》旗下第一子刊，在綜合類期刊中排名較為靠前。上海海洋大學(xué)的王成輝教授、李晨虹教授以及德國波茨坦大學(xué)的Michael Hofreiter教授為論文的通訊作者，上海海洋大學(xué)王軍副教授、陳曉雯博士為共同第一作者。研究得到了上海市科技興農(nóng)重點(diǎn)攻關(guān)項目、上海市中華絨螯蟹現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系項目的資助。

論文鏈接：
https://www.science.org/doi/epdf/10.1126/sciadv.abl4642