近日，國(guó)際學(xué)術(shù)期刊International Journal of Biological Macromolecules在線報(bào)道了中國(guó)科學(xué)院海洋研究所在重要養(yǎng)殖魚(yú)類斑石鯛喙?fàn)铨X發(fā)生發(fā)育模式及其持續(xù)更替調(diào)控機(jī)制方面的最新研究成果，首次揭示了斑石鯛的喙?fàn)钣淆X呈“嵌套”排布模式，確定了喙?fàn)铨X的發(fā)生發(fā)育時(shí)序以及頜齒礦化的關(guān)鍵時(shí)間節(jié)點(diǎn)，并進(jìn)一步揭示了喙?fàn)钣淆X發(fā)育的調(diào)控機(jī)制，為深入了解魚(yú)類頜齒發(fā)育和適應(yīng)性進(jìn)化提供了新模式。研究成果入選2023年度“International Research Awards on New Science Inventions”（國(guó)際科學(xué)新發(fā)明研究獎(jiǎng)）。
斑石鯛（Oplegnathus punctatus）是我國(guó)近年來(lái)新開(kāi)發(fā)的重要海水養(yǎng)殖經(jīng)濟(jì)魚(yú)種，具有典型的愈合型喙?fàn)铨X表型，可攝食牡蠣、海膽等硬殼類食物。海洋所李軍研究團(tuán)隊(duì)在國(guó)內(nèi)率先突破了斑石鯛全人工繁育技術(shù)，建立了苗種規(guī)?；a(chǎn)技術(shù)（100萬(wàn)尾/年）及工廠化封閉循環(huán)水養(yǎng)殖與網(wǎng)箱養(yǎng)殖相耦合的陸海接力養(yǎng)殖模式，極大地?cái)U(kuò)大了斑石鯛養(yǎng)殖規(guī)模。
圖1 斑石鯛頜齒外形及攝食習(xí)性
研究人員通過(guò)前期養(yǎng)殖觀察發(fā)現(xiàn)，斑石鯛的頜齒與上、下頜骨愈合，形成堅(jiān)固的鸚鵡喙?fàn)铑M齒，牙齒間隙充滿石灰質(zhì)填充（圖1）。這種獨(dú)特的喙?fàn)铨X是如何排布和愈合的？喙?fàn)铨X的發(fā)生和發(fā)育模式是否跟牙齒分離生長(zhǎng)的魚(yú)類相似？其發(fā)生發(fā)育調(diào)控機(jī)制如何？是否會(huì)對(duì)斑石鯛攝食習(xí)性及消化系統(tǒng)功能產(chǎn)生影響？為探索斑石鯛喙?fàn)铨X的形成機(jī)制，指導(dǎo)斑石鯛工廠化養(yǎng)殖精準(zhǔn)投喂、合理開(kāi)發(fā)誘食劑，研究人員開(kāi)展了此項(xiàng)研究。
科研人員綜合采用形態(tài)解剖、掃描電鏡以及microCT 3D掃描成像等技術(shù)多角度系統(tǒng)研究了斑石鯛愈合型喙?fàn)铨X的發(fā)生發(fā)育特征，首次發(fā)現(xiàn)斑石鯛的愈合齒呈“嵌套”排布模式，頜齒齒式（4，15-16，10-1）；確定了喙?fàn)铨X的早期發(fā)生發(fā)育關(guān)鍵時(shí)間節(jié)點(diǎn)（28dph初代齒萌發(fā)；40dph替換齒出現(xiàn)，頜齒開(kāi)始愈合；45dph開(kāi)始硬骨化；50dph喙?fàn)钣淆X完成）（圖2）。此外，基于基因組學(xué)和轉(zhuǎn)錄組學(xué)等多組學(xué)聯(lián)合分析，獲得了11個(gè)（bmp2、bmpr2、smad1、wnt5a、msx、axin2、fgfr1a、fgfr2、pitx2、ptch1、cyp27a1）與斑石鯛喙?fàn)铨X的發(fā)育密切相關(guān)的關(guān)鍵基因及關(guān)鍵調(diào)控通路（Wnt、BMP、FGF、SHH），在斑石鯛頜齒愈合前、愈合中和愈合后協(xié)同調(diào)控頜齒上皮與間充質(zhì)相互作用，促進(jìn)成釉細(xì)胞及成牙本質(zhì)細(xì)胞的持續(xù)增殖和分化（圖3）。此外，研究還發(fā)現(xiàn)Vd代謝及鈣積累密切相關(guān)的cyp27a1基因定位于斑石鯛上頜骨及頜齒基部，且在頜齒快速愈合期加速表達(dá)，促進(jìn)維生素D代謝，進(jìn)而調(diào)控斑石鯛頜齒牙胚內(nèi)細(xì)胞分化以及牙釉質(zhì)和牙本質(zhì)礦化，為喙?fàn)铨X的愈合和發(fā)育提供鈣質(zhì)基礎(chǔ)。該研究豐富了魚(yú)類牙齒發(fā)生發(fā)育理論及調(diào)控機(jī)制研究，為更好地理解生物頜齒的適應(yīng)性進(jìn)化和再生能力提供了新的見(jiàn)解。
圖2 基于micro-CT掃描的斑石鯛喙?fàn)钣淆X3D重建
圖3 斑石鯛愈合齒發(fā)生發(fā)育調(diào)控機(jī)制
中國(guó)科學(xué)院海洋研究所為文章第一完成單位，碩士研究生馬玉婷為論文第一作者，肖永雙副研究員和李軍研究員為文章共同通訊作者。研究得到了國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國(guó)家自然科學(xué)基金、中國(guó)科學(xué)院海洋大科學(xué)研究中心重點(diǎn)部署項(xiàng)目（前沿交叉類）和現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系國(guó)家海水魚(yú)體系等項(xiàng)目聯(lián)合資助。
文章目錄：
Yuting Ma, Yongshuang Xiao*, Zhizhong Xiao, Jun Li*. Morphological characteristics of beak-like tooth in spotted knifejaw (Oplegnathus punctatus) and mechanisms of dental development regulation by the Wnt, BMP, FGF and SHH signalling pathways. International Journal of Biological Macromolecules. DOI: 10.1016/j.ijbiomac.2023.126188.
文章鏈接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0141813023030842?dgcid=coauthor
