全基因组关联研究揭示Lox4在Mulinia lateralis贝壳形态中的关键作用及其调控机制

本研究通过全基因组关联分析（GWAS）揭示了矮小蛤（Mulinia lateralis）贝壳形态变异的遗传基础，鉴定出20个显著SNP和16个候选基因，其中Lox4通过调控Lox2表达影响贝壳形态，为双壳类形态进化及适应性研究提供了重要分子机制。

　　

在广阔的海洋中，双壳类动物以其坚硬的外壳而闻名，这些贝壳不仅是它们的保护伞，还承担着运动、支撑和适应环境的重要功能。从扁平的牡蛎到流线型的蛤蜊，贝壳形态的多样性反映了物种对生态和功能需求的适应，然而，这种形态变异背后的遗传机制却一直是个谜。以往研究多将贝壳形态差异归因于环境因素（如水流、捕食压力）或表型可塑性，但遗传基础的探索因双壳类世代间隔长、实验周期久而进展缓慢。近年来，随着基因测序技术的发展，科研人员开始尝试从遗传角度解析这一现象，但适合的模式物种匮乏仍制约着深入研究。

针对这一难题，研究人员将目光投向了矮小蛤（Mulinia lateralis）。这种小型双壳类具有世代间隔短（约两个月）、养殖技术成熟和基因组资源丰富等优势，堪称理想模型。贝壳形态作为其最显著的特征，不仅关乎生存适应，还可能影响掘穴行为等关键生态功能。为此，李春静等人在《Water Biology and Security》发表论文，通过高通量测序和遗传分析，系统揭示了Lox4基因在贝壳形态塑造中的核心作用，为理解双壳类形态进化提供了新见解。

研究主要采用了以下关键技术方法：首先，对180个Mulinia lateralis个体进行形态测量和高通量测序，获得32,318个高质量SNP；其次，利用GCTA软件估算形态性状遗传力，并基于混合线性模型进行GWAS分析；第三，通过Sanger测序和qPCR验证候选SNP及基因表达；最后，采用RNA干扰（RNAi）技术功能性验证Lox4和Lox2的调控作用。样本来源于中国海洋大学保种群体第六代后代。

研究结果如下：

3.1. Mulinia lateralis的贝壳形态性状

通过8个壳参数计算出4个形态性状（HLR、DVR、APR、SLBR），发现SLBR与APR相关性最强（r=0.876），表明这些性状可有效量化贝壳形态变异。

3.2. 基因组测序与基因分型

测序获得4.68亿高质量 reads，平均测序深度63.41×，最终保留32,318个SNP用于后续分析。

3.3. 遗传结构分析

PCA和ADMIXTURE分析显示群体分为7个遗传亚群，具有较高遗传多样性。

3.4. 遗传力估计与GWAS

遗传力估计值为0.439–0.814，HLR最高（0.814）。GWAS鉴定出20个显著SNP，其中3个同时与APR和SLBR相关。

3.5. 候选基因鉴定与表达模式

筛选出16个候选基因，包括Lox4、AJM1-like等。表达分析显示Lox4在担轮幼虫期和成体外套膜中高表达，提示其与贝壳形成相关。

3.6. SNP验证与基因分析

Sanger测序证实Chr15-22361661多态性与SLBR显著相关，AA基因型个体Lox4表达上调且SLBR降低（p<0.05）。

3.7. Lox2和Lox4基因功能验证

RNAi实验表明抑制Lox4或Lox2表达均导致SLBR升高（p<0.05），且Lox4抑制会下调Lox2表达，存在单向调控级联。

3.8. Chr15-22361661在掘穴行为中的功能验证

AA基因型个体掘穴时间显著短于GG型（56s vs 74s, p<0.05），证实该SNP通过调控Lox4表达影响适应性行为。

研究结论与讨论部分强调，贝壳形态变异主要由多基因调控，Lox4作为同源盒基因簇成员，通过影响A-P体轴发育和Lox2表达调控贝壳形态，尤其是前壳缩短的适应性特征。这种形态降低掘穴阻力，有助于快速潜入底质躲避天敌，体现了遗传变异与生态适应的直接关联。该研究不仅首次在双壳类中建立了Lox4-Lox2调控通路，还为贝壳形态的遗传改良和进化研究提供了分子靶点，对理解软体动物适应性演化具有重要意义。