近日，中國水產科學研究院淡水漁業研究中心魚類遺傳育種課題組羅明坤博士為第一作者，董在杰研究員為通訊作者撰寫的論文“Fish pigmentation and coloration: Molecular mechanisms and aquaculture perspectives”在漁業領域頂尖期刊Reviews in Aquaculture上在線刊出。
董在杰研究員的課題組先后在國家自然科學基金青年基金、江蘇省自然科學基金和江蘇省人才基金等項目的資助下，開展了魚類體色變異和分化基礎研究。自2014年開始對紅羅非魚的體色變異機理及其調控通路進行研究，進行了三種不同體色紅羅非魚皮膚轉錄組和microRNA文庫的構建與分析，鑒定了紅羅非魚的黑色素合成和調控通路，并鑒定出了2個顯著差異表達的miR-138-5p 和 miR-722在調控體色中可能發揮重要作用。在以上鑒定的黑色素合成調控通路的基礎上，對其關鍵調控基因slc7a11進行了克隆、表達、定位以及RNA干擾研究，確定其通過黑色素合成通路在紅羅非魚體色形成和分化過程中起著重要作用，同時，對α-MSH-Mc1r-Mitf信號通路調控紅羅非魚黑色素合成的機制進行了深入探究。針對紅羅非魚越冬期的體色變異，研究了溫度、飼料以及背景色對紅羅非表觀體色和黑色素合成通路的影響。發現紅羅非越冬期的體色變異可能是其皮膚黑色素細胞數量和體內酪氨酸酶活性改變的結果，并發現內分泌系統在紅羅非的體色變異過程中發揮重要作用。
紅羅非魚黑色素合成通路圖
此后，課題組在錦鯉和福瑞鯉的體色分化和調控上也開展了相應的研究。基于Illumina Hiseq SE50測序平臺，對三色皮膚（黑、紅、白）錦鯉相關miRNA信息進行了挖掘，篩選到如miR-200b，miR-206及miR-196a等通過靶向黑色素合成、Wnt、MAPK及嘌呤合成通路中的mitf，mc1r，foxd3及sox10等關鍵調控基因的miRNA。通過poly（A）尾建庫方法對錦鯉三種顏色皮膚組織進行了轉錄組測序，挖掘到92條顯著差異表達的lncRNA和722條顯著差異的mRNA，并對lncRNA與mRNA間進行了順式、反式關聯分析。通過靶基因軟件預測、RT-PCR、雙熒光素酶報告及慢病毒包裝等方法，證實了在錦鯉中miRNA-206通過與黑色素合成通路中mc1r基因3’端非編碼區域結合，而存在靶向調控關系，也探究了miR-196a通過靶向性結合mitfa基因的3’UTR在錦鯉皮膚色素形成過程中的調控機制。基于前期對錦鯉皮膚組織的轉錄組測序數據，發現lncRNA172145與黑色素合成通路中miR-206間存在靶向結合，進一步利用CPC、CPAT、CNIT軟件，qRT-PCR、雙熒光素酶報告及miRNA antagomir等技術對二者在黑色素合成通路中具體的分子作用機制進行了分析。針對福瑞鯉2號繁育過程出現橘紅色分化家系開展了基于表型生長、酶活力、黑色素含量和代謝通路相關基因表達的比較分析。
錦鯉miR-196a在黑色素合成途徑中的調控作用
福瑞鯉皮膚和肌肉中基因的共表達網絡(橘紅色對比青灰色)
課題組在魚類體色研究上已經發表了13篇研究論文，其中SCI收錄10篇，中文核心期刊收錄3篇。這次發表的綜述文章介紹了魚類色素細胞的不同類型和早期神經嵴發育分化研究進展，描述了形態學和生理學體色變化的細胞調控機制，闡述了單性控制和分子標記輔助技術在體色育種中的應用；同時，回顧了神經嵴遷移、發育、黑色素細胞及其它色素細胞調控的關鍵基因，并探討了轉基因技術在提高魚類體色中的應用；最后，從基因組編輯和其它組學技術在魚類體色方面的研究進行了綜述，并提出了現階段魚類體色研究中存在的短板，給出了我們對未來魚類色素沉著分化相關研究和育種的一些建議。根據科睿唯安2020的報告，在53本漁業期刊中，Reviews in Aquaculture排名第一。
全文網址：https://doi.org/10.1111/raq.12583
（水產遺傳育種研究室 供稿）
