黃帶擬鲹骨骼肌快慢肌的轉(zhuǎn)錄組和蛋白組比較分析 課題組供圖

動(dòng)物肌肉的發(fā)生發(fā)育及其調(diào)控是生物學(xué)領(lǐng)域研究熱點(diǎn)之一。

中國(guó)水產(chǎn)科學(xué)研究院黃海水產(chǎn)研究所漁業(yè)資源分子生態(tài)學(xué)研究團(tuán)隊(duì)圍繞硬骨魚類快慢肌差異的分子調(diào)控機(jī)制開展了系列研究，運(yùn)用轉(zhuǎn)錄組測(cè)序技術(shù)和非標(biāo)記定量蛋白質(zhì)組技術(shù)，對(duì)大洋性中上層魚類代表種之一——黃帶擬鲹的快慢肌進(jìn)行轉(zhuǎn)錄組和蛋白質(zhì)組分析與比較，在mRNA和蛋白兩個(gè)層面同步解析了快慢肌的分子差異，獲得多個(gè)重要發(fā)現(xiàn)，相關(guān)研究成果在國(guó)際學(xué)術(shù)期刊PeerJ和《海洋科學(xué)前沿》上發(fā)表。

魚類是最古老的脊椎動(dòng)物，棲息于水生環(huán)境，其骨骼肌不僅是結(jié)構(gòu)組織和運(yùn)動(dòng)器官，也是人類的重要食物蛋白源。根據(jù)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(dān)機(jī)體能量代謝和爆發(fā)式運(yùn)動(dòng)，而慢肌主要負(fù)責(zé)維持機(jī)體有氧呼吸及抗疲勞的持續(xù)式游泳。

因此，不同游泳能力魚類表現(xiàn)出骨骼肌類型的多樣性和差異性。闡明快慢肌發(fā)生和分化的分子調(diào)控機(jī)制，是揭示硬骨魚類多樣化骨骼肌類型生理和生態(tài)適應(yīng)的前提，能為海洋中上層大洋性洄游魚類資源的圈養(yǎng)馴養(yǎng)提供理論指導(dǎo)。

通過比較分析快慢肌轉(zhuǎn)錄組和蛋白組兩個(gè)水平的分子特征及其差異，中國(guó)水產(chǎn)科學(xué)研究院黃海水產(chǎn)研究所研究員柳淑芳團(tuán)隊(duì)獲得了新發(fā)現(xiàn)。

一是兩種肌肉類型間存在2862個(gè)差異表達(dá)基因，其中，1419個(gè)基因在慢肌中高表達(dá)，1443個(gè)基因在快肌中高表達(dá)，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(guān)通路。

二是兩種肌肉類型間存在471個(gè)差異表達(dá)蛋白，其中，422個(gè)在慢肌中高表達(dá)，49個(gè)在快肌中高表達(dá)，主要差異蛋白為肌纖維結(jié)構(gòu)和能量代謝相關(guān)蛋白。

三是轉(zhuǎn)錄組-蛋白質(zhì)組聯(lián)合分析顯示，mRNA與蛋白質(zhì)的倍數(shù)變化之間的線性關(guān)系較弱，提示轉(zhuǎn)錄后調(diào)控在黃帶擬鲹骨骼肌蛋白質(zhì)的表達(dá)中廣泛存在。

四是對(duì)肌纖維結(jié)構(gòu)蛋白分析發(fā)現(xiàn)，慢肌和快肌纖維的主要結(jié)構(gòu)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(dá)可能是導(dǎo)致快慢肌纖維結(jié)構(gòu)差異的關(guān)鍵。

五是對(duì)參與脂肪酸代謝、糖酵解、TCA循環(huán)和氧化磷酸化等能量代謝途徑的關(guān)鍵因子進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)，多種關(guān)鍵酶在兩種肌肉類型間存在mRNA和蛋白水平的共同表達(dá)差異，這可能是導(dǎo)致快慢肌能量代謝差異的關(guān)鍵。

這些發(fā)現(xiàn)豐富和加深了對(duì)硬骨魚類快慢肌在肌纖維結(jié)構(gòu)和能量代謝差異方面的分子調(diào)控機(jī)制的認(rèn)識(shí)。

該項(xiàng)研究得到了山東省重大科技創(chuàng)新項(xiàng)目、國(guó)家自然科學(xué)基金和國(guó)家現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系的資助，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。

論文相關(guān)信息：

https://doi.org/10.7717/peerj.12720

https://doi.org/10.3389/fmars.2022.84217