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鱼类肌间骨发育分子调控机制及遗传选育研究进展

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      肌间骨,又称肌间小骨,俗称“鱼刺”,是分布于鱼体两侧肌隔中及连接在椎体上的小骨,仅存在于低等真骨鱼类中。肌间骨包括5种类型(髓弓小骨、脉弓小骨、椎体小骨、背上肌骨杆和腹下肌骨杆),其中髓弓小骨和脉弓小骨的形态较为复杂,尤其是髓弓小骨具有7种形态类型。从系统演化角度来看,肌间骨的数目和形态呈现出:由无到多再到无、由简单到复杂再到简单的变化。我国是一个水产养殖大国,主要养殖的青鱼、草鱼、鲢、鳙、鲤、鲫、鲂等大宗淡水鱼类,都存在一定数量的肌间骨。肌间骨的存在不仅极大限制了其加工以及出口创汇,而且也给食用这些鱼类的人们带来麻烦和一定的受伤风险。

 

  鉴于鱼类肌间骨重要的系统进化科学研究价值及产业意义,近些年肌间骨相关研究受到广泛关注。2015年,高泽霞团队首次报道了团头鲂肌间骨microRNA分子特征。自此,肌间骨相关组学研究和分子育种研究相继被报道。因此,本文综合整理了相关研究,对此进行了系统阐述,并对其发展前景进行了分析,可为肌间骨发生发育分子机制及少/无肌间骨鱼类新品种的遗传选育研究提供基础资料。



图 1 6月龄团头鲂整体骨骼染色图和肌间骨形态类型及分布图


     世界上对鱼类肌间骨的遗传育种研究最早始于1967年,基于传统育种方法开展的有关肌间骨的育种工作进展较为缓慢。自2010年后,越来越多的研究人员开始围绕鱼类肌间骨分子机制和分子辅助育种开展研究。肌间骨相关的基因组学、转录组学以及蛋白组学的研究陆续开展,scxa基因等肌间骨发育相关基因、mam-miR-221等肌间骨发育相关小RNA以及其他肌间骨发育相关的重要分子被相继报道,但有关肌间骨形成的关键调控基因及其分子调控机制还不是很明确。随着分子编辑技术和测序技术(如:单细胞测序、空间转录组测序)的快速发展,通过开展有肌间骨和无肌间骨鱼类肌膈中细胞类型的确定和基因表达差异性研究,筛选鉴定鱼类肌间骨形成的关键基因;通过基因过表达和基因功能缺失等研究方法明确基因的调控功能,阐明鱼类肌间骨发育的分子机制,进一步可通过CRISPR/Cas9基因编辑技术培育少或无肌图 2 鱼类肌间骨发育相关基因或通路调控图间骨的鱼类。



图 2 鱼类肌间骨发育相关基因或通路调控图

      此外,在鲤和团头鲂上的研究显示肌间骨的遗传力为中等遗传力,且一些与肌间骨数量相关的标记基因也被筛选鉴定,这些标记基因可以被用来指导少肌间骨鱼类的选育,尤其是鲤科鱼类。随着科学技术的快速发展和测序成本的降低,二代/三代测序技术与全基因组关联研究(Genome wide association studies,GWAS)技术也可以用来确定与肌间骨数量相关的标记基因,进一步提高少肌间骨鱼类选育的准确性。文中提到的无肌间骨的草鱼或巴西大盖巨脂鲤可以用来与正常个体杂交,在获得F1代基础上进而形成F2家系,用于QTL定位肌间骨有/无的关键基因,为后续研究肌间骨的分子机制以及开展无肌间骨的鱼类选育奠定基础。中国的水产养殖已为世界做出重要贡献,若能培育出无“小刺”的主养大宗鱼,必将成为对世界水产的又一重大贡献。





鱼类肌间骨发育分子调控机制及遗传选育研究进展

王旭东1, 2 聂春红1, 2 高泽霞1, 2, 3

(1. 华中农业大学水产学院,农业农村部淡水生物繁育重点实验室/农业动物遗传育种与繁殖教育部重点实验室,武汉 430070; 2. 长江经济带大宗水生生物产业绿色发展教育部工程研究中心,武汉 430070; 3. 湖北省名优鱼育种与健康养殖工程技术研究中心,武汉 430070)

摘要: 鱼类的肌间骨(Intermuscularbones, IBs), 又称肌间小骨, 是分布于鱼体两侧肌隔中及连接在椎体上的小骨, 仅存在于低等真骨鱼类中。随着鱼类的系统演化, 肌间骨的数目和形态也发生着由无到多再到无、由简单到复杂再到简单的变化。中国的大宗淡水鱼类都存在一定数目的肌间骨, 严重影响了其食用和加工价值。鉴于鱼类肌间骨重要的系统进化科学研究价值及产业意义, 近年来国内外水产研究者围绕鱼类肌间骨分子调控机制和遗传育种开展了系列研究, 文章对此进行了系统的阐述, 并对其发展前景进行了分析, 可为肌间骨发生发育分子机制及少/无肌间骨鱼类新品种的遗传选育研究提供基础资料。

 

本文发表在《水生生物学报》2021年45卷3期,页码: 680-691.doi: 10.7541/2021.2020.092. 第一作者是华中农业大学水产学院的王旭东,通信作者为高泽霞教授。






期刊介绍

  • 创刊:1955年  双月刊
  • 主管单位:中国科学院
  • 主办单位:中国科学院水生生物研究所;中国海洋湖沼学会
  • 主编:桂建芳
  • ISSN 1000-3207
  • CN 42-1230/Q

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