MSTN基因对脊尾白虾蜕皮间期肌肉生长发育的作用及调控机制研究

The Myostatin (MSTN) is an important regulator of muscle growth and development. The previous studies have found that MSTN plays an important negative regulatory role in muscle growth and development of mammals, but its role in muscle growth and development of crustaceans is still unclear. In our previous study, we have obtained MSTN gene sequence. In this work, we intend to identify the patterns of gene expression, and to verify the effect on the growth traits and muscle fibers by long time RNA interference technology, and to study its interaction of molecular network with the major oxidative phosphorylation enzyme and regulation mechanism of its target genes by RNA interference and over expression technology. The breeding potential of MSTN gene was evaluated by exploring SNP loci of MSTN gene closely associated with growth traits. The results of this project would not only reveal the regulatory role and its mechanism of MSTN in muscle growth and development during intermolt period of E. carinicauda, and enrich the contents of molecular regulation mechanism of muscle growth and development in crustacean, but also provide a scientific basis for the cultivation of new high-yielding varieties of E. carinicauda.

肌肉生长抑制素基因（Myostatin，MSTN）是肌肉生长发育的关键调控因子，研究表明，MSTN基因在哺乳动物肌肉生长发育中发挥重要的负调控作用，但其在甲壳动物肌肉生长发育中的作用尚不明确。本项目基于前期获得的脊尾白虾MSTN基因全长，首先从mRNA和蛋白水平进行基因表达分析，结合长期敲降MSTN表达对生长性状及肌纤维组织的影响，分析MSTN基因在脊尾白虾肌肉生长发育中的作用；通过敲降和过表达MSTN基因，研究其对其下游靶基因的表达及氧化磷酸化水平的影响，阐明MSTN基因在脊尾白虾蜕皮间期肌肉生长发育中的调控机制；筛查MSTN基因SNP位点，发掘与生长性状紧密连锁的分子标记，评估MSTN基因的育种潜能。本项目研究结果可揭示MSTN基因对脊尾白虾蜕皮间期肌肉生长发育的作用及其调控机制，进一步丰富甲壳动物肌肉生长分子调控机制的研究内容，对脊尾白虾高产优质良种的培育具有重要理论价值和实际意义。

生长性状是水产动物优良品种培育过程中重要的测试指标，也是直接的育种目标。甲壳动物的生长发育主要依赖于蜕皮过程中肌肉的重塑和生长速率。肌肉的生长发育是一个受多种基因和信号分子调控的复杂过程，肌肉生长抑制素（Myostatin, MSTN）基因是哺乳动物肌肉生长发育及分化的重要负调控基因，其基因突变或蛋白功能的缺失会促进肌细胞增殖和肌纤维增大。但在甲壳动物中，MSTN基因对肌肉生长的作用及调控机制仍不明确。本项目开展了MSTN基因对脊尾白虾生长性状的作用及其分子调控机制研究：基于RACE、Tail-PCR技术分别获得MSTN基因的cDNA和基因组全长，序列特征分析发现其具有TGF-β超家族基因的典型特征。组织表达分析发现，EcMSTN在腹部肌肉组织中的表达量最高，胃和眼柄组织次之；EcMSTN表达量在随胚胎和幼体发育呈上升趋势，在溞状幼体Ⅳ期的表达量最高。基于mRNA和蛋白水平表达分析发现，EcMSTN的表达量在小个体组腹部肌肉组织中的表达量显著高于大个体组（P<0.05），初步推测EcMSTN对脊尾白虾生长性状起负调控作用。干扰EcMSTN后，生长标记基因肌球蛋白重链和肌动蛋白基因显著上调（P<0.05）；过表达EcMSTN后，生长标记基因肌球蛋白重链和肌动蛋白基因显著下调（P<0.05）。长期敲降EcMSTN后，干扰组和对照组的存活率无显著性差异，干扰组体长性状高于对照组但无显著性差异，干扰组体重性状显著高于对照组（P<0.05）；干扰组肌纤维直径大于对照组但无显著性差异，推测EcMSTN通过调控肌纤维生长进而负调控脊尾白虾生长性状。干扰EcMSTN后的比较转录组分析显示，干扰组有914个基因上调表达，176个基因下调表达；上调表达基因功能富集于生长、细胞增殖和氨基多糖代谢等；验证MAPK、PI3K-Akt信号通路的部分基因显著上调，推测EcMSTN调控MAPK、PI3K-Akt信号通路负调控脊尾白虾生长性状；EcMSTN内筛选17个多态性的位点，基于一般线性模型分析发现g.Mstn220和g.Mstn567与脊尾白虾生长性状显著相关（P<0.05）。本项目研究结果揭示EcMSTN对脊尾白虾肌肉生长发育的作用及其调控机制，对脊尾白虾高产优质良种的培育具有重要理论价值和实际意义。