2009年2月,中国科学院北京基因组研究所基因组科学及信息重点实验室与华东师范大学生命科学学院合作,在爱思唯尔期刊《水产业》(Aquaculture)上发表了题为“Discovery of immune-related genes in Chinese mitten crab (Eriocheir sinensis) by expressed sequence tag analysis of haemocytes”的研究论文,首次系统分析了中华绒螯蟹(俗称河蟹)血细胞的表达谱,鉴定了多种免疫相关基因。
甲壳动物养殖在全球水产养殖业中占据重要地位。2004年,甲壳动物总产量虽仅占世界水产品总量的6.19%(约368万吨),但其总产值却高达20.4%(约1440亿美元)。中华绒螯蟹是中国特有的淡水经济蟹种,自20世纪80年代以来养殖业迅速发展,已成为水产养殖的支柱产业之一。然而,随着养殖密度的增加,病害问题日益突出,其中颤抖病是最常见且危害最严重的疾病,死亡率可达70%以上,给养殖业造成巨大经济损失。甲壳动物缺乏适应性免疫系统,其免疫防御主要依赖先天免疫,包括细胞免疫(如血细胞的吞噬和包囊作用)和体液免疫(如抗菌肽、酚氧化酶等效应分子)。抗菌肽(antimicrobial peptide, AMP)是先天免疫的关键因子,广泛存在于脊椎动物、无脊椎动物和植物中,但在淡水蟹类如中华绒螯蟹中此前尚未有系统报道。
为全面鉴定河蟹的免疫相关基因并发现潜在的抗菌肽,研究人员以河蟹血细胞为材料,采用表达序列标签(Expressed Sequence Tag, EST)分析技术对其转录组进行了研究。他们对随机选取的3118个克隆进行5'端测序,获得3041条高质量EST序列,经拼接组装后得到1039条unigene(包括319条contig和720条singleton)。通过与公共数据库比对,成功注释了488个基因(占47%)。通过基因表达丰度分析和功能注释(Gene Ontology和KAAS通路分析),研究者全面解析了血细胞的基因表达谱特征。共鉴定出26个免疫相关基因,根据功能可分为五类:抗菌肽、酚氧化酶系统、超氧化物歧化酶系统、凝血系统和模式识别受体。其中,Kazal型蛋白酶抑制剂和C型凝集素是主要的免疫效应分子。此外,还发现了三种潜在的抗菌肽分子,为后续全长基因克隆及功能研究奠定了基础。
这项研究首次在淡水蟹类中系统鉴定了免疫相关基因,特别是抗菌肽的发现,为河蟹病害防治提供了新的分子靶点。尽管EST分析技术在当时具有通量低、成本高等局限,但该工作为后续利用高通量测序技术(如RNA-seq)深入研究甲壳动物免疫机制奠定了基础。随着基因组学和转录组学技术的飞速发展,中华绒螯蟹的免疫基因网络已被更全面地揭示,相关成果已应用于抗病品系选育和免疫增强剂开发。(来源:中国科学院北京基因组研究所)