黄海水产研究所海水硬骨鱼类快慢肌差异的分子调控研究取得新进展

动物肌肉的发生发育及其调控是生物学领域研究热点之一。鱼类是最古老的脊椎动物，栖息于水生环境，其骨骼肌不仅是结构组织和运动器官，也是人类的重要食物蛋白源。根据收缩速度不同，鱼类的骨骼肌大致可分为快肌和慢肌，快肌主要承担机体能量代谢和爆发式运动，而慢肌主要负责维持机体有氧呼吸及抗疲劳的持续式游泳。因此，不同游泳能力鱼类表现出骨骼肌类型的多样性和差异性。阐明快慢肌发生和分化的分子调控机制，是揭示硬骨鱼类多样化骨骼肌类型生理和生态适应的前提，能为海洋中上层大洋性洄游鱼类资源的圈养驯养提供理论指导。

中国水产科学研究院黄海水产研究所渔业资源分子生态学研究团队围绕硬骨鱼类快慢肌差异的分子调控机制开展了系列研究，运用转录组测序（RNA-seq）技术和非标记（label-free）定量蛋白质组技术，对大洋性中上层鱼类代表种之一——黄带拟鲹（Pseudocaranx dentex）的快慢肌进行转录组和蛋白质组分析与比较，在mRNA和蛋白两个层面同步解析了快慢肌的分子差异，获得多个重要发现，相关研究成果相继在国际学术期刊PeerJ和Frontiers in Marine Science发表。

通过比较分析快慢肌转录组和蛋白组两个水平的分子特征及其差异，发现：（1）两种肌肉类型间存在2862个差异表达基因（1419个基因在慢肌中高表达，1443个基因在快肌中高表达），主要富集在肌肉收缩、氧化磷酸化、脂肪酸代谢和糖酵解等相关通路；（2）两种肌肉类型间存在471个差异表达蛋白（422个在慢肌中高表达，49个在快肌中高表达），主要差异蛋白为肌纤维结构和能量代谢相关蛋白；（3）转录组-蛋白质组联合分析显示，mRNA与蛋白质的倍数变化之间的线性关系较弱，提示转录后调控在黄带拟鲹骨骼肌蛋白质的表达中广泛存在；（4）对肌纤维结构蛋白分析发现，慢肌和快肌纤维的主要结构蛋白组成相似，但是存在肌纤维特异的蛋白亚型，其特异性表达可能是导致快慢肌纤维结构差异的关键；（5）对参与脂肪酸代谢、糖酵解、TCA循环和氧化磷酸化等能量代谢途径的关键因子进一步分析发现，多种关键酶在两种肌肉类型间存在mRNA和蛋白水平的共同表达差异，这可能是导致快慢肌能量代谢差异的关键。这些发现丰富和加深了对硬骨鱼类快慢肌在肌纤维结构和能量代谢差异方面的分子调控机制的认识。

该项研究得到了山东省重大科技创新项目（2018SDKJ0302）、国家自然科学基金（42076132）和国家现代农业产业技术体系（CARS-47）的资助，王焕博士为该研究成果的第一作者，柳淑芳研究员为通讯作者。

相关成果及链接如下：

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