黃海水產研究所海水硬骨魚類快慢肌差異的分子調控研究取得新進展

動物肌肉的發生發育及其調控是生物學領域研究熱點之一。魚類是最古老的脊椎動物，棲息于水生環境，其骨骼肌不僅是結構組織和運動器官，也是人類的重要食物蛋白源。根據收縮速度不同，魚類的骨骼肌大致可分為快肌和慢肌，快肌主要承擔機體能量代謝和爆發式運動，而慢肌主要負責維持機體有氧呼吸及抗疲勞的持續式游泳。因此，不同游泳能力魚類表現出骨骼肌類型的多樣性和差異性。闡明快慢肌發生和分化的分子調控機制，是揭示硬骨魚類多樣化骨骼肌類型生理和生態適應的前提，能為海洋中上層大洋性洄游魚類資源的圈養馴養提供理論指導。

中國水產科學研究院黃海水產研究所漁業資源分子生態學研究團隊圍繞硬骨魚類快慢肌差異的分子調控機制開展了系列研究，運用轉錄組測序（RNA-seq）技術和非標記（label-free）定量蛋白質組技術，對大洋性中上層魚類代表種之一——黃帶擬鲹（Pseudocaranx dentex）的快慢肌進行轉錄組和蛋白質組分析與比較，在mRNA和蛋白兩個層面同步解析了快慢肌的分子差異，獲得多個重要發現，相關研究成果相繼在國際學術期刊PeerJ和Frontiers in Marine Science發表。

通過比較分析快慢肌轉錄組和蛋白組兩個水平的分子特征及其差異，發現：（1）兩種肌肉類型間存在2862個差異表達基因（1419個基因在慢肌中高表達，1443個基因在快肌中高表達），主要富集在肌肉收縮、氧化磷酸化、脂肪酸代謝和糖酵解等相關通路；（2）兩種肌肉類型間存在471個差異表達蛋白（422個在慢肌中高表達，49個在快肌中高表達），主要差異蛋白為肌纖維結構和能量代謝相關蛋白；（3）轉錄組-蛋白質組聯合分析顯示，mRNA與蛋白質的倍數變化之間的線性關系較弱，提示轉錄后調控在黃帶擬鲹骨骼肌蛋白質的表達中廣泛存在；（4）對肌纖維結構蛋白分析發現，慢肌和快肌纖維的主要結構蛋白組成相似，但是存在肌纖維特異的蛋白亞型，其特異性表達可能是導致快慢肌纖維結構差異的關鍵；（5）對參與脂肪酸代謝、糖酵解、TCA循環和氧化磷酸化等能量代謝途徑的關鍵因子進一步分析發現，多種關鍵酶在兩種肌肉類型間存在mRNA和蛋白水平的共同表達差異，這可能是導致快慢肌能量代謝差異的關鍵。這些發現豐富和加深了對硬骨魚類快慢肌在肌纖維結構和能量代謝差異方面的分子調控機制的認識。

該項研究得到了山東省重大科技創新項目（2018SDKJ0302）、國家自然科學基金（42076132）和國家現代農業產業技術體系（CARS-47）的資助，王煥博士為該研究成果的第一作者，柳淑芳研究員為通訊作者。

相關成果及鏈接如下：

1.Wang H, Li B, Yang L, Jiang C, Zhang T, Liu S*, Zhuang Z （2022） expression profiles and transcript properties of fast-twitch and slow-twitch muscles in a deep-sea highly migratory fish,Pseudocaranx dentex. PeerJ. 10: e12720.DOI 10.7717/peerj.12720

2.Wang H, Li B, Li J, Jiang C, Liu S*, Zhuang Z （2022） Label-Free Quantitative Proteomic Analysis Provides Insight Into the Differences Between Slow-Twitch Muscle and Fast-Twitch Muscle ofPseudocaranx dentex. Frontiers in Marine Science. 9:842172. DOI 10.3389/fmars.2022.842172