《Aquaculture Reports》:Genetic polymorphism and transcriptomic analysis reveal
LncRunt as a biomarker for growth and low-temperature resistance in the pearl oyster
Pinctada fucata martensii
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为破解低温导致贝类生长停滞、死亡率升高的产业瓶颈,作者团队聚焦长链非编码RNA LncRunt,系统开展InDel分型、低温胁迫转录组及RNAi功能验证,首次发现InDel-16位点ATATATAT型显著促生长,而CC缺失型富集于耐寒选育系,揭示LncRunt通过PI3K-AKT-mTOR轴协同调控钙化与自噬,为分子育种提供双性状联合选育标记。
南海北部冬季突如其来的寒潮常让珍珠养殖场“一夜回到解放前”:水温跌破18 ℃,马氏珠母贝(Pinctada fucata martensii)摄食骤停,壳长停滞,死亡率飙升,珍珠产量随之“跳水”。传统选育靠表型“海选”,周期长、效率低,难以兼顾生长速度与低温耐受这一对看似“鱼和熊掌”的性状。随着全球极端气候频发,产业急需能同时“长得快”又“熬得过”的新品种,而破解调控这两项性状的基因密码成为破局关键。
为回答“是否存在一箭双雕的分子标记”,Guangdong Ocean University的Minxin Liang、Jinping Xie等研究者把聚光灯打在一条长链非编码RNA——LncRunt上。前期GWAS曾暗示该基因与生长关联,但其是否参与低温适应、能否用于双性状育种仍是空白。团队历时五年,从848份核心群体到RF4、RF5耐寒选育系,再到17 ℃冷胁迫实验与RNAi干扰,层层递进,最终证实LncRunt的InDel-16和CC缺失变异分别是“速生”和“耐寒”的分子开关,论文发表于《Aquaculture Reports》。
关键技术方法:利用已重测序的848尾HX、Y系群体做InDel关联分析;设计等位特异PCR对5个群体150尾个体分型;17 ℃低温时序取样结合qRT-PCR监测表达;合成dsRNA-RFP/dsRNA-LncRunt对基围贝进行RNAi;Illumina NovaSeq 6000对套膜组织转录组测序,DESeq2筛选差异基因(DEG)。
研究结果
3.1 LncRunt InDel位点与生长性状关联
50个外显子InDel中21个与壳长、壳高、总重等显著相关,GLM模型锁定InDel-16效应最稳。
3.2 InDel-16 ATATATAT型促生长
该型个体壳长、壳宽、壳高、总重、壳干重分别比AA型提高8.17%、3.25%、7.26%、11.80%和9.64%,RNAfold预测其形成9-nt凸起环,ΔG最低,可能增强蛋白结合。
3.3 等位基因分布
A、B、C三型中,CC型(片段缺失)在RF4、RF5耐寒系占比>90%,而在HX、Y及野生群体罕见,提示正选择。
3.4 低温表达动态
17 ℃胁迫5 d,LncRunt表达整体下调,峰值出现在6 h与3 d,显示冷响波动。
3.5 转录组质量
LncRunt敲低后882个DEG,Q20>97%,比对率>70%,数据可靠。
3.6 KEGG/GO富集
DEG显著富集于PI3K-AKT-mTOR、AMPK、自噬、TNF等通路,以及“肽酶抑制剂”“碳酸酐酶”等GO。
3.7 LncRunt调控PI3K-AKT-mTOR
敲低后MO25、LKB1、Rheb上调,WNT、COL6a、RTK、V-ATPase等下调,提示轴活性降低。
3.8 钙化与GPCR基因表达
PmRunt、MMP家族、Pif、N23、SOX9、WNT2B等显著下调,OAR亦降低,表明壳基质蛋白合成受抑。
3.9 qRT-PCR验证
COX15、CA6下调,CEBPG、WNT2B、EGR1a上调,与RNA-seq一致。
结论与讨论
研究首次把LncRunt推上“双功能标记”宝座:InDel-16 ATATATAT型通过改变RNA二级结构,增强对PI3K-AKT-mTOR通路的正向调控,促进壳基质蛋白表达,实现速生;CC缺失型则削弱该调控,降低V-ATPase表达,诱导保护性自噬,帮助个体在低温下“节能待机”。这一“促生长—抗逆”平衡模型,为设计兼顾产量与气候韧性的分子育种程序提供了可直接应用的InDel标记,也为其他经济贝类的多性状联合改良提供了范式。