红巨藤壶（Megabalanus Rosa）金星幼虫与成体胶蛋白的比较研究

Barnacles are one of the major fouling organisms, distributed around the world. Cyprid is the last larval stage, responsible for exploring the substratum surface, and settlement (a process including attachment and metamorphosis). Once the site decided, cyprid secretes permanent adhesive to settle. Cement proteins are the main component in the secreted cement from adult barnacles, suggesting cement proteins play a major role in the process of barnacle settlement. Obviously, the barnacle cement is far stronger than that from cyprid. But the mechanism is still unclear. Comparison and analysis of the protein components of both cyprid and adult cement are required to understand the mechanism underlying the phenomena. Megabalanus Rosa will be used in this study. The similarity and difference will be systematically analyzed between the cyprid and the adult cement by transcriptomic and proteomic approaches. The novel cement proteins will be also characterized in this study.

藤壶分布于世界各地，是主要的污损生物之一。金星幼虫是藤壶幼虫时期的最后阶段，担负着附着变态的过程。附着点一旦确定，金星幼虫分泌胶黏剂将其自身永久性的固着在附着点。藤壶胶蛋白是藤壶胶中的主要成分，说明胶蛋白在藤壶的固着过程中起着重要的作用。显然，藤壶胶的黏附作用远强于金星幼虫的胶黏剂。分析胶蛋白成分的异同是了解金星幼虫胶黏剂与藤壶胶作用强弱的必要前提 。但目前国内外尚未系统分析金星幼虫胶黏剂及藤壶胶中胶蛋白成分的异同。本项目以红巨藤壶为研究对象，通过转录组，蛋白质组的研究，比较金星幼虫黏胶剂及藤壶胶中胶蛋白的成分，并分析新型胶蛋白的物理化学特性，进一步了解金星幼虫附着和成体藤壶固着的机制，并分析其异同。

藤壶是仅有的营固着生活的海洋甲壳生物，主要栖息在潮间带和潮下带，分布广泛；具有附着易、清除难的特点，每年给海洋产业造成数以亿计的经济损失。本研究藤壶为研究对象，借助比较转录组学、蛋白组学、分子生物学和生物信息学等方法对藤壶金星幼虫附着变态机制以及胶蛋白组成和理化性质进行探究，取得了如下结果：在实验室条件下，成功对采自中国香港石澳沿岸的刺巨藤壶进行了受精卵-金星幼虫的培养。通过Illumina测序，分别获得了金星幼虫和成虫的转录组数据，差异比较分析筛选出多个参与金星幼虫附着变态调控相关的基因和信号通路。其中，ASTA和ASTB可能通过与预测的受体ASTA rec和ASTB rec结合，抑制保幼激素的合成、调控金星幼虫的附着变态；藤壶长波光敏感蛋白Mv-opsin5，对附着基质的颜色具有识别作用，而紫外光敏感蛋白Mv-UVS-opsin具有辅助幼虫躲避强紫外线伤害和天敌捕食的功能。利用显微解剖技术对金星幼虫的粘腺进行解剖分离，借助微量RNA-seq文库Illumina测序以及LC-MS/MS分析，获得了粘腺和剩余组织的转录组和蛋白组数据。进一步分析筛选出多个参与藤壶幼虫胶合成、分泌和固化相关的基因和信号通路，发现金星幼虫粘腺对于胶黏剂的分泌可能与唾液腺对于唾液的分泌具有类似的机制。转录组数据分析发现，有且仅有3个藤壶胶蛋白（Mvcp113k、Mvcp130k和Mvcp52k）在粘腺中特异性表达，表明藤壶幼虫胶至少在框架蛋白构成上与成虫胶相同；western blot和免疫荧光染色分析发现，藤壶cp100k同源蛋白在金星幼虫粘腺β细胞和成体藤壶基底部组织都有表达。此外, siRNA干扰技术成功应用于藤壶幼虫体内基因干扰，siRNA特异性干扰p38 MAPK的表达能够抑制金星幼虫的附着；精氨酸激酶在金星幼虫阶段高表达，通过p38 MAPK和NO/cGMP信号通路调节金星幼虫肌肉组织的能量供应，进而调控其附着变态。这些研究成果使得我们对藤壶金星幼虫附着变态调控的分子机制有了更加深入的认知，将为新型抗污损化合物的研究提供有效的理论依据。