鱼类dmrt2a在快肌发育过程中的表达调控和功能研究

In fish, skeletal muscle fibers can be categorized into slow muscle and fast muscle (also known as white muscle fibres,the major component of fish muscles) based on specialized contractile and metabolic properties. Recently, fishery scientists try to increase fish product through improvement of white muscle. The zebrafish dmrt2a, a transcriptional factor expresses in the fast muscle, which was negatively regulated by Hedgehog pathway, an important pathway controlling slow muscle development. However, it is unknown about the transcription and physilogical function of dmrt2a in fish fast muscle. In this project, first, we will investigate the effect of dmrt2a knockdown on fast muscle development, and reveal the downstream genes and signaling pathways of dmrt2a in fast muscle cells, thus clarifying how dmrt2a plays its function during fast muscle development. Further, fast muscle specific dmrt2a transgenic zebrafish will be generated using Tol2 transposon system. We will investigate the direct target genes of dmrt2a in white muscle and evaluate the weight and growth rate of dmrt2a transgenic zebrafish, thus explaining how dmrt2a transcriptionally regulates the growth of fish white muscle. If this project is supported, the data will be made to identify the function and molecular mechanism of dmrt2a in fast muscle development, and importantly, to provide scientific basis for improvement of white muscle by genetic methods.

在鱼类中，根据骨骼肌细胞特征，肌肉可以被分为慢肌和快肌（也叫白肌，肌肉的主要组成部分）两大类。近年来，鱼类学家们试图通过白肌改良来提高鱼产品的产量和质量。斑马鱼转录因子dmrt2a在快肌部位表达，受慢肌发生信号Hedgehog通路负调控。然而，其在鱼类快肌中的转录调控及生理功能都不清楚。本项目首先研究dmrt2a基因敲降对胚胎快肌发育的影响,以及dmrt2a在快肌细胞中转录调控的下游基因和信号通路，揭示dmrt2a基因在鱼类快肌发育过程中的功能及分子机制。进而通过基于Tol2转座子系统的高效转基因技术筛选出快肌特异表达的dmrt2a转基因斑马鱼并对它们的生长进行评估,研究dmrt2a在白肌组织中的转录调控作用，揭示dmrt2a在鱼类肌肉生长调控中的功能。本项目不仅阐明dmrt2a在鱼类快肌发育过程中的作用机制，而且为通过遗传手段来调控白肌的生长提供理论基础。

在鱼类中，根据骨骼肌细胞特征，肌肉可以被分为慢肌和快肌（也叫白肌，肌肉的主要组成部分）两大类。近年来，鱼类学家们试图通过白肌改良来提高鱼产品的产量和质量。斑马鱼转录因子dmrt2a 在快肌部位表达，受慢肌发生信号Hedgehog 通路负调控。Dmrt2b已被发现参与斑马鱼慢肌发育，然而dmrt2b的旁系同源基因dmrt2a在斑马鱼肌肉发育过程中的功能还不清楚。本研究结果表明，敲降dmrt2a造成严重的胚胎发育缺陷，导致快肌标记myhz-2的表达上调和慢肌标记myhz-5的表达下调。已知microRNA（miRNA）控制包括肌肉发育在内的许多生物学事件。Dmrt2a被预测为miR-203的靶基因，荧光素酶报告基因检测结果表明miR-203能直接结合到dmrt2a的3'UTR的种子序列上并抑制dmrt2a的表达。斑马鱼胚胎注射miR-203后dmrt2a的表达受到明显抑制。类似于dmrt2a敲降效果，miR-203过表达导致myhz-2的表达下调和myhz-5的表达上调。我们的研究表明，miR-203直接调控dmrt2a表达从而控制快肌和慢肌分化，而miR-203过表达或者dmrt2a敲降会损害快肌发育和促进慢肌发育。本项目不仅阐明dmrt2a 在鱼类快肌发育过程中的作用机制，而且为通过遗传手段来调控白肌的生长提供理论基础。. 同时，我们揭示了保守的miR-200家族成员是斑马鱼胚胎大小的关键调控者。研究发现miR-200s能通过靶向抑制多个GH/IGF 轴基因GH, GHRa, GHRb和IGF2a的表达，造成胚胎G1细胞周期停滞和细胞凋亡且抑制胚胎生长，而GH过表达反过来诱导p53和miR-200s的表达。研究证明miR-200s是p53的转录靶基因，且斑马鱼p53的突变能消除GH对miR-200s表达的影响。研究表明p53/miR-200 和 GH/IGF信号途径形成了一个负反馈路线去调控胚胎的大小，为揭示硬骨鱼类早期生长发育的分子调控机制提供了重要的见解。