刺参白化特征发生机理的研究

以获得的纯白刺参和正常体色刺参为研究材料，观察刺参黑色素细胞发育和分化过程，对比刺参不同体色个体黑色素细胞的组织学特征，克隆和分析刺参白化相关基因（编码酪氨酸酶TYP，酪氨酸酶相关蛋白（TRP-1，TRP-2）和锌指蛋白ZFP）；建立白化刺参子一代，评估刺参纯白体色性状的遗传稳定性，从组织学、发育生物学、分子生物学和遗传学角度阐明刺参白化的内在机理。研究成果将填补国内外棘皮动物白化机理研究的空白，为刺参遗传育种和人工放流标记提供"种质"基础。

本项目探讨了刺参白化特征发生的机理，主要结果如下：刺参体壁由角质层、表皮层和内皮层构成，白化成参体壁的黑色素细胞明显较少，细胞中的黑色素体的密度明显较小，且部分是没有黑色素沉积的前体；白稚参体壁中仅有极少的黑色素细胞，其中黑色素体的发育程度极低，几乎不存在发育成熟的黑色素体，大部分黑色素体为没有黑色素沉积的黑色素前体。白化成参体壁中黑色素含量成约为青刺参的1/16; 在受精后60~90天的稚参中，白刺参的黑色素含量均显著低于刺参。利用454高通量测序技术在白刺参转录组库中拼接得到平均长度为388bp 的153169条序列。这些序列组装成6539个基因，配对到紫海胆和刺参的基因数量最多。经GO分析发现白刺参和青刺参在“分子功能”、“细胞组分”和“生物过程”方面基本一致，在“色素沉积、繁育、细胞组分生物合成”方面差异较大。信号通路分析发现，参与酪氨酸代谢的尿黑酸1，2双加氧酶（hmgA）基因显著上调，而参与黑色素合成调控通路的蛋白激酶A（PKA）、蛋白激酶C（PKC）、Ras和成纤维细胞生长因子受体4（FGFR4）等基因在白化成参体壁的表达显著低于青刺参。参与刺参黑色素细胞的发育、分化和功能调节的小眼畸形转录因子（MITF）基因和参与刺参体色调控的虾青素astacin基因在受精后40~90天白稚参中的表达显著低于同期青稚参。白化性状的遗传不稳定，不能得到纯白色的子一代刺参。. 本项目从组织学角度查明了白化刺参和青刺参体壁组织的结构差异，从分子生物学角度借助高通量测序技术初步阐明了刺参白化特征的发生是由多调控通路控制的多基因复合表达变化造成的。本项目为培育优良的稳定遗传的白刺参品系提供理论支撑。