華中農業大學水產學院高澤霞教授團隊聯合中國科學院南海海洋研究所林強研究員團隊在魚類肌間刺方面的研究成果以“Single-cell transcriptomes and runx2b−/− mutants reveal the genetic signatures of intermuscular bone formation in zebrafish”為題在National Science Review期刊發表。

研究明確了魚類肌間刺形成的關鍵細胞群，鑑定到調控魚類肌間刺發育的關鍵基因runx2b，揭示了runx2b調控魚類肌間刺形成的分子機制。

世界主要養殖魚類都含有一定數量的肌間刺，特別是我國主養的青草鰱鳙鯉鯽魴等大宗淡水魚類，食用時極易出現卡喉嚨的危險，嚴重影響了其產品的經濟價值。高澤霞教授團隊前期研究已利用轉錄組、蛋白組、小RNA組、全轉錄組等組學構建了魚類肌間刺發生髮育的組學資源庫，並篩選到了關鍵的信號通路和候選功能基因，但肌間刺形成的關鍵調控基因尚不明確。

該研究首先利用單細胞轉錄組測序技術（scRNA-seq）定義了野生型斑馬魚肌間刺所在區域的18個細胞類群，篩選到了肌間刺形成顯著相關的肌腱祖細胞、肌腱分化細胞、成熟肌腱細胞和成骨細胞類群。細胞擬時序分析結果推測肌間刺是由肌腱祖細胞經肌腱分化細胞，再分化為成骨細胞而形成的。根據基因在細胞軌跡上的表達模式，篩選到10個與肌間刺形成密切相關的功能基因，並在斑馬魚上運用CRISPR-Cas9基因編輯技術分別構建了基因突變品系。最終發現runx2b突變斑馬魚肌間刺完全缺失，且其個體生長、其它骨骼單元形成、肌肉脂肪酸和氨基酸含量等性狀均未受到顯著影響。scRNA-seq分析同時揭示了runx2b突變體斑馬魚的肌間刺發生區成骨細胞數量的顯著減少，在個體和細胞水平明確了TGF-β/BMP signaling pathway在肌間刺形成過程中的重要調控作用。

此外，該研究團隊在經濟魚類團頭魴（武昌魚）上運用CRISPR-Cas9基因編輯技術構建了runx2b基因F0代突變體，發現runx2b突變體團頭魴的肌間刺發育亦受到顯著影響，部分個體肌間刺數目減少30%以上，表明runx2b基因對經濟魚類肌間刺形成亦具有重要調控作用。鑑於團頭魴性成熟時間為2年，團隊擬在後續研究中繁育獲得純和突變品系，以期獲得肌間刺完全缺失的團頭魴新種質。

我校水產學院博士後聶春紅、副教授萬世明、博士生陳宇龍為論文共同第一作者，水產學院高澤霞教授和中國科學院南海海洋研究所林強研究員為論文共同通訊作者，水產學院王衛民教授參與指導了本研究，比利時根特大學Paul Witten教授與Ann Huysseune教授，巴西莫吉達斯克魯茲大學Alexandre Hilsdorf教授等參與了本項研究。該研究得到國家大宗淡水魚類產業技術體系、湖北洪山實驗室、國家自然科學基金、中國科學院前沿科學重點研究等項目的支持。

圖1 論文摘要圖