中华绒螯蟹蜕皮诱导的肌肉生长及其分子机制

In crustacean, muscle grows is closely related with the molt stages as periodical molting runs through the animal’s lives. It has been discovered that the large claw muscles undergo a significant reversible atrophy prior to molting, so that the bulky muscle can be withdrawn easily from the narrow aperture of the basi-ischial joint. After the molt, muscle mass is restored to adapt to the enlarged new exoskeleton. However, the molt-induced atrophy is specific to the claws and does not occur in thoracic or leg muscles and the mechanisms controlling differential regulation of muscle growth between the different muscles is unclear. This study is designed to investigate molt-induced responses affecting muscle growth in Chinese mitten crab Eriocheir sinensis, an economic species in China. Histological, cellular, biochemical and molecular analyses are going to carry out in different muscle groups (claw, walking leg and thoracic muscles) in Eriocheir sinensi. Patterns of muscle growth and changes in mRNA and protein levels of myofibrillar gene will be studied, and some growth factors that regulate the myofibrillar gene express are also to be investigated. The results will enrich the theory of muscle growth and provide a biological basis to enhance crustacean production and meat quality.

由于周期性的蜕皮贯穿终生，甲壳动物肌肉的生长又和蜕皮周期密切相关。已有研究发现，甲壳动物的螯足肌肉在蜕皮前发生可逆性萎缩，以使宽大的螯足顺利蜕出，蜕皮之后萎缩的肌肉又恢复重建以适应新的增大了的外骨骼。但是，蜕皮诱导的肌肉萎缩只特异地发生在螯足肌肉，步行足和胸腹部肌肉则不发生这种现象。目前对于甲壳动物蜕皮过程中不同部位肌肉生长的分子机制还不明了。本项目以我国重要的经济养殖品种中华绒螯蟹Eriocheir sinensis为研究对象，系统研究中华绒螯蟹蜕皮过程中不同部位（螯足、步行足和胸部）肌肉的生长模式及肌纤维基因在mRNA和蛋白质水平的变化，并初步探讨参与肌纤维基因表达的调节因子。研究结果，一方面可以丰富动物肌肉生长发育理论；同时，还可以为促进甲壳动物生产，提高甲壳动物肌肉品质提供生物学理论基础。

由于周期性的蜕壳贯穿终生，甲壳动物肌肉的生长又和蜕壳周期密切相关。但是对于甲壳动物蜕壳过程中肌肉的生长机制目前并不清楚。本项目采用石蜡切片、电镜和生物化学方法，系统研究了中华绒螯蟹蜕壳前后不同部位肌肉的显微结构、超微结构及主要蛋白质（肌原纤维蛋白和可溶性蛋白）含量的变化；利用RACE技术克隆了中华绒螯蟹肌肉生长发育相关基因Akt和Smad3的cDNA序列全长，并利用实时荧光定量研究了它们在中华绒螯蟹各组织及蜕壳前后不同部位肌肉中的表达规律变化。结果显示：在蜕壳前，中华绒螯蟹的螯足肌纤维降解以致其横截面大小不一，肌原纤维内部出现腐蚀性空洞。蜕壳之后，螯足肌纤维末端的肌节处于超收缩状态，长度缩短至正常长度的50%，肌纤维典型结构消失，但肌质网、二联体、线粒体等结构仍然完整, 肌纤维中间部分的肌节结构正常如蜕皮间期。步行足在蜕壳前无明显形态特征变化，蜕壳后可见肌原纤维纵裂及肌小节横裂现象，表明蜕壳后外骨骼硬化的过程伴随着肌肉的生长。腹部肌肉在蜕皮前后组织学特征变化明显：蜕皮前肌束间隙增大，蜕皮后肌束内肌纤维间隙增大。电镜观察显示，蜕壳前肌原纤维内部出现空洞，肌原纤维间隙增大，蜕皮后肌原纤维重新组装、重建，恢复到间期正常形态。中华绒螯蟹蜕壳前后螯足、步行足和腹部肌肉中肌原纤维蛋白和可溶性蛋白含量的变化同其结构特征的变化一致。应用RACE技术克隆得到中华绒螯蟹肌肉生长相关的Akt基因和Smad3基因，分别命名为EsAkt（cDNA序列全长2200bp）和EsSmad3(cDNA序列全长2021bp)。实时荧光定量PCR分析表明，这2个基因在中华绒螯蟹性成熟个体的肝胰腺、眼柄、表皮、卵巢、精巢、心脏、螯足、鳃、三角膜等组织中均有表达，在中华绒螯蟹蜕壳前后不同部位的肌肉组织中的表达模式与蜕壳周期密切相关，推测EsAkt和EsSmad3都参与了中华绒螯蟹蜕壳诱导的肌肉萎缩、生长及重建过程。