刺参消化道再生分子机理的基础研究

刺参是我国重要的海珍品，具有超强的再生能力。环境不适或遇到敌害时，吐脏时可以将消化道几乎完全的排出体外，当环境条件适宜时，又可很快再生出功能完善的内脏器官。因此，刺参消化道再生为研究组织、器官的发生提供了非常合适的独特模型。本项目将基于454测序得到的再生消化道大量EST的基础，以正常消化道与再生消化道为材料，利用表达谱技术-solexa测序，筛选出消化道再生关键基因；应用原位杂交、实时定量、免疫组化等技术手段对关键基因的时空表达进行分析；采用RNA干扰、抗体阻断等技术对这些再生关键基因进行功能验证，探究刺参消化道再生的分子机理。

本项目探讨了刺参消化道再生的机制，主要结果如下：（1）探索了仿刺参消化道再生的组织细胞学变化，将消化道再生过程划分为5个关键阶段。超微结构观察发现再生早期的消化道具有明显去分化现象。新生肠壁的组织层早期只有浆膜层和粘膜下层，最终分化出浆膜层、肌肉层、粘膜下层和粘膜层。新生组织细胞的获得早期以迁移为主（变形再生），逐渐转变为增殖为主（新建再生）。（2）建立了仿刺参再生转录组，已经获得182473条Reads，改善了仿刺参再生研究分子基础薄弱的现状；基因功能分析发现：起结构功能活性作用的相关基因在再生库中出现的频数显著升高，而催化活性相关基因则显著降低。关键信号通路Wnt、 Notch信号通路等在再生过程中被激活。（3）构建了连续的表达谱，揭示了仿刺参消化道再生的基因全局调控变化情况，证明仿刺参消化道再生是一个多基因调控的过程。特异性“Go term”揭示了差异表达基因在再生的每个阶段主要形式的功能。除Ribosome和 Spliceosome pathway等在再生中显而易见会被富集通路外，通路 “Notch signaling pathway”, “ECM-receptor interaction” 和“Cytokine-cytokine receptor interaction”在仿刺参消化道再生中发挥重要作用。筛选获得重要再生相关基因：发育类基因、细胞骨架类基因、细胞外基质相关基因。刺参消化道再生主要通过发育类基因的重新激活来启动再生，细胞外基质相关基因调控细胞外基质降解和重建为细胞的迁移形成原基提供通道，细胞骨架类基因调节细胞的重建。（4）获得并分析了关键再生基因的作用：wnt6可能通过激活许多基因来起始仿刺参的消化道再生，Hox6(AjHbox6)起指导前、中、后肠分化的作用，RAP（Regeneration associated protein）在消化道再生早期阶段表达量为正常生命活动下的400多倍。除囊舌虫外，该基因尚未在其它物种中发现有可能是特异性的再生基因，HMG基因是再生过程中介导细胞迁移的重要调节因子，其表达在再生早期即发生显著上调。本项目从组织学、细胞学角度分析刺参消化道再生的组织细胞特征，从分子生物学角度分析和初步探讨刺参消化道再生的调控机制，为深入解刺参的特殊防御机制和棘皮动物的修复潜能机制提供支持。