青海湖裸鲤鳞片缺失发育的分子机理

The naked carp (Gymnocypris przewalskii) is the only large economy fish in Lake Qinghai, at the core of the Lake Qinghai ecosystems. Most of the body in naked carp is not covered by scales, but the mechnism has not been reported yet. Lack of scale development is one indispensable aspect of biomineralization, and the unique adaptability of plateau fish can be revealed from the study of scale biomineralization. In this study, we firstly observed the developmental processes of the remaining scales, and then detected the composition of them. Second, we carried on the transcriptome sequencing through the selection of the different tissue in naked carp and Schizothorax prenanti. Candidate genes related to scale development could be analyzed via the data we obtained. Third, after the organic matrix were extracted from the scale and then separated by electrophoresis, the matrix proteins were sequenced through mass spectrometry. Combined with the data from transcriptome and the data from mass spectrometry, we then cloned the genes and studied the functions of them. In this way, we could obtain the signal pathways and key genes, proteins related to scale formation. This study could reveal the molecular mechanism of scale formation and scale missing, and this could lay a good foundation for protection and utilization of the naked carp.

青海湖裸鲤是青海湖中唯一的大型经济鱼类，处于青海湖整个生态系统的核心地位。青海湖裸鲤身体大部都没有鳞片覆盖，但对其鳞片的缺失发育机理鲜有报道。鳞片缺失发育是生物矿化的一个侧面，从鳞片的缺失发育入手能够揭示高原鱼类的独特适应性。本研究从裸鲤鳞片缺失这一现象入手，对其残存的鳞片的发育过程和覆盖规律进行研究，并对鳞片的成分进行检测，对其形成过程进行观察。其次，通过选取裸鲤覆盖鳞片和不覆盖鳞片的皮肤组织以及裂腹鱼亚科的齐口裂腹鱼的正常生长鳞片的皮肤组织，进行转录组测序，对数据进行对比分析获取青海湖裸鲤鳞片发育相关的候选基因。再次，提取裸鲤鳞片的有机质，进行电泳分析，选取条带进行质谱测序，通过与转录组的数据进行互补分析，找到参与鳞片形成的基质蛋白。最终得到与鳞片发育和形成相关的信号通路和关键基因、基质蛋白，并研究他们的功能，初步阐释裸鲤鳞片缺失的分子机理，为保护和利用青海湖裸鲤奠定基础。

青海湖裸鲤是青海湖中的唯一大型经济鱼类，对于维持青海湖生态系统的健康稳定至关重要。青海湖裸鲤身体的鳞片主要位于鳃后和腹侧（腹鳍与臀鳍之间），其他身体大部均没有鳞片覆盖。本研究从青海湖裸鲤鳞片入手，开展了裸鲤鳞片的基础数据探究，发现了裸鲤鳞片的覆盖规律，裸鲤鳞片的发育为有多个起始位点的方式，共有鳃后，腹鳍点，臀鳍点三个鳞片起始位点，且腹侧的鳞片是从臀鳍向腹鳍生长。观察得到了裸鲤鳞片的形态结构和亚显微结构，从外观形态上，裸鲤鳞片的厚度、面积等与花斑裸鲤差异不大；从亚显微结构上，主要是鳞纹的分布、排列有差别，但青海湖裸鲤和花斑裸鲤的鳞片与黄河鲤鳞片各方面都差异较大。提取了鳞片的有机基质，发现2条清晰条带，分子量大约在 120 kDa（α链），200kDa（β链），α、β链的位置与鱼鳞胶原蛋白的电泳图谱相吻合。通过转录组和蛋白组测序的方法筛选了可能与裸鲤鳞片形成过程中重要的基因和蛋白，获得了裸鲤鳞片形成相关的候选基因737个（上调501个，下调236个），候选蛋白348个（上调125个，下调223个），两者联合分析共得到69个差异显著蛋白，从中克隆得到了AP-1，PNPLA2，TNNI13个基因的全长序列，他们都在肌肉中的表达量最高，暗示着鳞片和肌肉之间的密切联系。进行了参与鳞片形成miRNA的研究，共鉴定出7个与鳞片发育相关的microRNA，这些microRNA的靶基因在生物矿化相关的鞘脂信号通路中高度富集。以上研究为进一步解析青海湖裸鲤鳞片缺失发育的分子机理奠定了坚实基础。