科學家解開絨螯蟹“斷肢”重生秘密

中華絨螯蟹是深受國人喜愛的水產品種，其產業規模十分龐大。在養殖過程中，中華絨螯蟹受到外界刺激時容易“斷手斷腳”，這對其經濟價值造成很大影響。

近日，上海海洋大學水產與生命學院教授王成輝團隊與合作伙伴一起，在中華絨螯蟹基因組與斷肢再生研究領域取得新進展。相關研究已在發表于《科學進展》。

中華絨螯蟹染色體水平基因組特征        受訪者供圖

完成全基因組測序和組裝

中華絨螯蟹是國人餐桌上最常見的螃蟹品種，也是高經濟價值的水產甲殼動物。全國有28個省市區養殖中華絨螯蟹，其產業規模龐大。但由于其染色體數目多（2n），基因組重復序列高，長期以來一直面臨基因組組裝困難的問題。

為解決上述問題，王成輝團隊和上海海洋大學水產與生命學院教授李晨虹、德國波茨坦大學教授Michael Hofreiter、美國內布拉斯加大學奧馬哈分校教授呂國慶等合作，利用第三代測序技術，并結合BioNano光學圖譜和Hi-C高通量染色體構象捕獲技術，對長江水系中華絨螯蟹的全基因組測序和組裝，獲得染色體水平的精細基因組圖譜。

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。

揭秘生機喚醒基因

“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、肝臟再生、長出新的頭發和指甲……

相較于哺乳動物，中華絨螯蟹的“再生”能力更為神奇，當河蟹受到外界刺激時，附著在基節與底節間的肌肉便會強烈地收縮，折斷面隨即斷開，“斷手斷腳”后，過段時間還可再生。中華絨螯蟹的“再生”能力很強，因此在生產養殖中斷肢較為普遍，而斷肢的成蟹大多以低價走入普通市場，對整個產業應用性和經濟價值造成很大影響。

因此，針對中華絨螯蟹獨特的斷肢再生現象進行探索，兼具基礎研究和產業應用價值。

“我們在獲得中華絨螯蟹染色體水平基因組的基礎上，進行了比較基因組學分析，以鑒別節肢動物特有的基因和基因家族。”王成輝告訴《中國科學報》，“通過對斷肢再生不同發育時期的比較轉錄組和基因共表達分析發現，Innexin基因家族在中華絨螯蟹斷肢再生的早期發揮著重要的分子信號傳導作用。我們首次發現，Innexin2基因在斷肢后1天內特異表達上調，且通過調控信號通路和免疫應答反應，介導中華絨螯蟹的斷肢再生過程。”

解讀細胞分化“壓縮包”

該研究還發現中華絨螯蟹斷肢再生早期受表觀遺傳學的調控，其中SMYDA基因家族只存在于節肢動物，在中華絨螯蟹斷肢早期下調表達，而在肢芽生長時期表達回復至未斷肢時的水平。

進一步分析發現，該基因家族還在中華絨螯蟹從大眼幼體到仔蟹的變態過程中整體差異表達，表明節肢動物特異的SMYDA基因家族在中華絨螯蟹涉及明顯形態發生，如變態、再生的生物學過程中發揮重要的表觀修飾作用。

王成輝解釋說：“SMYDA基因家族就像一個掌握細胞分化和增殖的‘壓縮包’管理員，‘壓縮包’里藏著細胞分化、增殖的重要文件，這個基因家族的調控可以讓‘壓縮包’解開封印，露出基因位點，引起后續相關基因的表達。”

該團隊還以南美白對蝦、羅氏沼蝦、日本沼蝦為研究對象，進行了斷肢轉錄組比較分析，發現Innexin、SMYDA基因家族的相關基因在斷肢后具有與中華絨螯蟹基本一致的表達模式，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答機制。

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，為提升養殖生產與管理水平提供了有益指導。