编辑推荐:
为探究神经肽调控海洋底栖无脊椎动物幼虫附着的分子机制,研究人员以单环刺螠(Urechis unicinctus)为对象,比较 11 种 FxFa 成熟肽作用,发现 FxFa5 通过抑制纤毛相关基因FLNB触发幼虫附着,为解析相关调控机制提供数据。
在神秘的海洋世界里,无数底栖无脊椎动物的生命旅程始于幼虫阶段的关键抉择 —— 从浮游生活转向底栖附着。这一过程如同精密的生物程序,受神经内分泌信号如神经肽的调控,但神经肽如何通过下游基因诱导幼虫附着行为的分子机制却长期笼罩在迷雾之中。单环刺螠(
Urechis unicinctus)作为潮间带的底栖螠虫,其幼虫附着成功率直接影响种群存活与人工育苗效率,然而该物种中神经肽 FxFa 家族的功能一直未被系统揭示。在此背景下,中国研究人员开展了一项填补空白的研究,相关成果发表在《Aquaculture Reports》,为解开海洋生物幼虫附着的神经调控密码提供了关键线索。
为攻克这一科学难题,研究团队聚焦单环刺螠幼虫附着过程,围绕神经肽 FxFa 的功能展开系列研究。
研究采用了多种关键技术方法:首先通过行为学实验,将 11 种合成的 FxFa 成熟肽分别以 10μM 浓度处理早期分节幼虫,通过测量幼虫在水层中的相对高度(RH)筛选出活性最强的神经肽;接着利用转录组测序(RNA-seq)分析 FxFa5 处理组与对照组的差异表达基因(DEGs),结合 GO 和 KEGG 富集分析挖掘相关通路;通过实时定量 PCR(RT-qPCR)和全胚胎原位杂交(WISH)解析关键基因FLNB的时空表达特征;最后运用 RNA 干扰(RNAi)技术验证FLNB对幼虫附着的调控作用。
3.1 FxFa 触发单环刺螠幼虫附着
研究人员将 11 种 FxFa 成熟肽分别作用于早期分节幼虫,发现 FxFa1-5 能显著诱导幼虫附着,表现为处理 1-5 分钟后幼虫在水层中的高度明显低于对照组,而 FxFa6-11 与对照组无显著差异,表明 FxFa 家族部分成员对幼虫附着具有调控活性。
3.2 FxFa5 为触发幼虫附着的主要神经肽
进一步比较显示,FxFa5 处理组幼虫的相对高度始终最低,其中 15μM FxFa5 诱导效果最强,处理 8 小时后幼虫口周纤毛出现闭合现象,且纤毛形态变化率最高。这证实 FxFa5 是触发单环刺螠幼虫附着的主要神经肽,且 15μM 为最适浓度。
3.3 转录组分析揭示关键基因FLNB
通过 RNA-seq 在 FxFa5 处理组与对照组中鉴定出 579 个 DEGs,其中Filamin B(FLNB)基因显著下调。GO 分析显示 DEGs 富集于初级代谢过程、水解酶活性等条目;KEGG 通路分析则富集于溶酶体、运动蛋白等通路,提示能量代谢和纤毛相关功能可能参与幼虫附着调控。
3.4-3.5 FLNB的时空表达特征
RT-qPCR 显示FLNB mRNA 在囊胚期表达量最高,随后在原肠胚期显著下降,至幼虫阶段趋于稳定。WISH 结果表明,FLNB在早期胚胎中广泛表达,至 trochophore 幼虫和分节幼虫阶段特异性定位于口周纤毛,暗示其与纤毛结构或功能密切相关。
3.6 FLNB敲低促进幼虫附着
RNAi 实验显示,FLNB敲低效率达 41.44%,处理 72 小时后幼虫游泳速度和范围显著降低,附着率较对照组提高 4 倍以上,同时口周纤毛出现闭合、缩短甚至消失的现象。这证实FLNB通过维持纤毛结构完整性抑制幼虫附着,而 FxFa5 通过下调FLNB表达解除这一抑制。
研究明确了神经肽 FxFa5 通过抑制纤毛基因FLNB触发单环刺螠幼虫附着的分子机制。这一发现首次揭示了 FxFa 家族在螠虫中的功能,拓展了对海洋底栖无脊椎动物幼虫附着神经调控网络的认知。同时,研究证实FLNB作为纤毛相关基因在附着过程中的关键作用,为理解纤毛动态变化与幼虫行为转变的关联提供了新视角。此外,研究中涉及的能量代谢通路(如半乳糖代谢、脂肪酸代谢)及 Notch、FoxO 信号通路的富集结果,为进一步解析多通路协同调控机制奠定了基础。该研究不仅为单环刺螠人工育苗中提高幼虫存活率提供了理论依据,也为阐明海洋生物幼虫附着的共性调控机制提供了重要参考,助力于水产养殖技术的优化和底栖生物种群动态研究。