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电鳗以放电能力闻名，但其电细胞发育过程不明。研究人员开展电鳗电细胞发育研究，通过组织学和免疫组化分析，发现腹侧细胞簇是电细胞祖细胞候选群体，为理解电鳗电器官形成机制提供关键线索，助力探索鱼类电器官进化。
电鳗，这种神奇的生物，能释放出强大的电流，在捕食和防御时展现出独特的生存优势。它们的放电能力一直吸引着科学家们的目光，成为生物学研究中的一个热门话题。然而，关于电鳗产生电流的关键结构 —— 电细胞的发育过程，却一直笼罩在神秘的面纱之下。早期研究虽指出电细胞可能源于肌肉谱系前体细胞，但具体的发育路径、细胞来源在生长阶段的变化等问题依旧扑朔迷离。同时，尽管对成熟电细胞的分子遗传特征有所了解，但相关基因如何影响电细胞分化，仍是未解之谜。为了揭开这些谜团，来自日本名古屋大学的研究人员展开了深入研究，其成果发表在《Developmental Biology》上，为该领域带来了新的曙光。
研究人员采用了多种关键技术方法。在样本处理上，他们从不同发育阶段的电鳗获取组织样本，涵盖了幼年和成年阶段。对于组织学分析，运用了 Masson's trichrome (MT) 染色、苏木精 - 伊红 (HE) 染色等方法，以清晰观察组织和细胞形态；利用电子显微镜技术，深入探究细胞的精细结构。在分子层面，通过 RNA 测序 (RNA sequencing) 分析基因表达情况，借助免疫组化 (Immunohistochemistry) 检测特定蛋白的分布。
电细胞的形态学观察
研究人员聚焦于电鳗尾部的主电器官 (mEO)，这是电鳗放电的主要结构。通过 MT 染色观察发现，mEO 背侧区域的电细胞呈现典型的成熟多核结构，细胞周围存在有助于产生膜电位的细胞外空间；而腹侧区域的电细胞则表现为方形无突起的细胞体，且无明显细胞外空间。电子显微镜进一步显示，腹侧电细胞核形态多样，与背侧存在差异，不过线粒体和小窝的形态在背腹区域无明显不同，这些结果揭示了电细胞沿背腹轴存在形态差异。
主电器官中的腹侧末端细胞簇
详细研究 mEO 从腹侧到背侧的细胞形态时，研究人员发现了腹侧末端的特殊细胞簇。该细胞簇由高密度核的细胞组成，与相邻肌肉层被胶原纤维隔开，且不具备肌肉谱系特征。根据细胞和组织形态，研究人员将 mEO 分为四个群体，从腹侧到背侧，细胞形态逐渐变化，最终形成巨大的合胞体电细胞。同时，通过荧光鬼笔环肽标记和免疫组化检测 PCNA 发现，腹侧区域存在单核或双核细胞，部分处于增殖阶段。
主电器官中的基因表达情况
研究人员对 mEO 和骨骼肌组织进行 RNA 测序，分析基因表达差异。结果显示，mEO 中一些基因如 tpbgl、ndrg4 等表达较高，且与离子运输相关的膜分子基因，如编码 Na+/K+-ATPase (NKA) 亚基的 atp1a2a 和 atp1b2b 基因，在 mEO 中的表达显著高于骨骼肌。阳离子转运体定位在电细胞前部，电细胞沿躯干前后轴排列，同步激活产生高电压电流。
Na+/K+-ATPase 在主电器官中的分布
为评估电细胞功能，研究人员利用免疫组化检测 NKA 蛋白的分布。结果显示，NKA 在 mEO、骨骼肌和中枢神经系统等器官均有信号，但在 mEO 腹侧区域信号较弱，在腹侧末端细胞簇中无信号。在成熟电细胞中，NKA 蛋白积累在质膜前部，且在电细胞层边缘的单核或双核增殖细胞中也有膜定位，表明 NKA 在 mEO 中存在区域特异性表达。
综合上述研究结果，研究人员提出，幼年阶段 mEO 腹侧末端细胞簇中的细胞很可能是电细胞的祖细胞。这些祖细胞在分化过程中，从腹侧迁移至背侧，逐渐发育为多核合胞体的成熟电细胞。该研究首次从细胞形态和基因表达谱角度解析电鳗电细胞的发育过程，为深入理解电鳗电器官的形成机制提供了关键线索，也为后续探究其他电鱼电器官的进化起源奠定了基础，有望推动整个电鱼生物学领域的发展。
