曝气诱导大口黑鲈和团头鲂脊柱前凸的分子机制及关键基因鉴定

本研究针对水产养殖中鱼类骨骼畸形（如脊柱前凸lordosis）的经济损失问题，通过RNA-seq技术鉴定大口黑鲈（LMB）和团头鲂的差异表达基因，首次揭示曝气（aeration）是诱发脊柱前凸的关键环境因素，并发现ostn、ch25h等骨骼发育相关基因的剂量依赖性调控。成果为集约化养殖中骨骼畸形的防控提供了分子靶点。

　　

论文解读

在水产养殖业蓬勃发展的今天，鱼类骨骼畸形问题犹如一柄达摩克利斯之剑高悬头顶。据统计，养殖鱼类中骨骼畸形率可高达50%-100%，其中脊柱前凸（lordosis，脊柱向内弯曲）、脊柱后凸（kyphosis）和脊柱侧凸（scoliosis）尤为常见。这些畸形不仅导致鱼类游泳能力下降、摄食困难，更会引发继发感染和生长迟缓，每年造成数以亿计的经济损失。大口黑鲈（LMB）作为中国年产量近90万吨的重要经济鱼种，其苗种培育阶段高达18.8%的自发性脊柱前凸现象，引起了中国科学院水生生物研究所研究团队的关注。

研究团队首先通过阿尔新红染色发现，畸形鱼体的最后躯干椎骨和第一尾椎骨呈现特征性楔形压缩。RNA-seq分析揭示118个上调基因和78个下调基因，其中机械力响应基因Osteocrin（ostn）的异常表达将矛头指向养殖中的常规操作——曝气（aeration）。为验证这一假说，研究人员设计对照实验：在玻璃水族箱中分别培育曝气与非曝气条件下的LMB和团头鲂幼鱼，结果证实曝气可诱导两种鱼出现剂量依赖性的脊柱前凸。进一步研究发现，胆固醇羟化酶（ch25h）、颅面发育调控因子alx1以及Wnt信号抑制因子notum2等基因的表达水平与曝气强度显著相关。田间调查更发现，大规模养殖的LMB苗种脊柱前凸发生率与曝气强度存在明确相关性。

关键技术方法
研究采用实验室循环水系统培育LMB和团头鲂幼鱼（样本来自湖北宜昌鱼苗场），通过体长体重测量、阿尔新红骨骼染色进行表型分析；利用RNA-seq比较正常与畸形鱼体躯干组织转录组差异；设置梯度曝气实验验证环境因素影响；qPCR检测骨发育相关基因表达。

主要研究结果

1. 自发性脊柱前凸的特征：畸形个体体重显著低于正常鱼，椎骨压缩弯曲形成楔形结构。
2. 差异基因鉴定：ostn在畸形个体中显著上调，该基因已知参与机械力响应的骨生长调控。
3. 曝气的因果验证：曝气组LMB和团头鲂脊柱前凸发生率分别达35.4%和26.3%，显著高于静水对照组。
4. 关键基因调控网络：ch25h（胆固醇代谢）、alx1（颅面形态发生）和notum2（骨骼矿化）构成曝气响应的核心基因群。

结论与意义
这项发表于《Aquaculture》的研究首次建立曝气与鱼类脊柱前凸的因果关系，填补了环境因素诱导骨骼畸形分子机制的知识空白。发现的ostn等关键基因为育种抗畸形品系提供了分子标记，而曝气强度的优化方案可直接应用于苗种生产。考虑到全球集约化养殖中曝气的普遍性，该成果对鲈形目和鲤形目等重要经济鱼类的健康养殖具有普适指导价值。研究团队特别指出，未来需深入探究机械力刺激如何通过ostn等基因调控椎骨发育的细胞学途径，这将为脊椎动物骨骼发育的基础研究开辟新视角。