眼柄切除调控罗氏沼虾卵巢成熟的miRNA-mRNA网络机制研究

《BMC Genomics》：Ovarian microrna transcriptome of Macrobrachium rosenbergii after eyestalk ablation: unveiling molecular switches in reproductive regulation

本研究针对甲壳动物眼柄-卵巢生殖调控轴中miRNA介导的分子机制不明确的科学问题，通过开展眼柄切除后罗氏沼虾卵巢mRNA与miRNA转录组分析，发现769个差异表达基因和176个差异miRNA显著富集于甾体合成、Wnt信号等生殖相关通路，构建了11个靶向卵巢发育关键基因的miRNA-mRNA调控对，揭示了眼柄通过协同调控卵黄蛋白基因和蜕皮激素合成基因双重调节生殖与蜕皮的分子开关，为经济甲壳动物生殖调控提供了新靶点。

　　

在淡水养殖领域，罗氏沼虾（Macrobrachium rosenbergii）因其生长快、体型大、营养丰富而享有“淡水虾王”的美誉。然而，其生殖调控机制尤其是眼柄（eyestalk）对卵巢成熟的抑制作用尚未完全阐明。甲壳动物的眼柄不仅是视觉器官，更承载着类似脊椎动物下丘脑-垂体功能的X器官-窦腺复合体（XO-SG），通过分泌神经激素调控蜕皮、渗透压和生殖等生理活动。长期以来，眼柄切除被证实能显著促进卵巢成熟，但其背后的分子开关，尤其是微RNA（miRNA）介导的基因调控网络仍是一片迷雾。

为揭开这一谜题，袁胡伟团队在《BMC Genomics》发表研究，首次通过整合mRNA和miRNA转录组分析，系统性揭示了眼柄切除后罗氏沼虾卵巢的分子应答图谱。研究人员从浙江淡水水产研究所长兴育种基地获取成熟期罗氏沼虾，设置对照组、单侧眼柄切除（UEA）和双侧眼柄切除（BEA）实验组，7天后采集卵巢组织进行RNA提取。通过Illumina NovaSeq X Plus平台完成mRNA和small RNA测序，采用HISAT2进行基因组比对，利用edgeR筛选差异表达基因（DEGs）和差异miRNA（DEMs），并通过Miranda和TargetScan预测miRNA靶基因，最终通过qRT-PCR验证关键基因表达。

测序数据质量与比对效率

研究共获得62.25 Gb高质量测序数据，Q30评分均高于94.42%，基因组比对效率达84.32%以上，为后续分析提供可靠数据基础。

卵巢mRNA表达谱与功能富集

双侧眼柄切除组（BEA）与对照组比较发现769个DEGs（248个上调、521个下调），显著富集于甾体生物合成（steroid biosynthesis）、Wnt信号通路和昆虫激素生物合成等通路。卵黄蛋白原基因Vg1b、Vg4和Vg-like表达显著上调，其中Vg1b在BEA组表达量较对照组提升8.7倍，表明眼柄对卵黄生成具有剂量依赖性抑制。同时，蜕皮激素合成关键基因CYP307A1和CYP315A1表达分别上调5.2倍和6.8倍，提示眼柄同时调控生殖与蜕皮过程。

卵巢miRNA表达动态与靶基因调控

研究鉴定出614个miRNA（283个已知、331个新发现），其中176个为DEMs。Novel-m0038-5p同时靶向SMAD3、Hr4和GstD1基因，而novel-m0095-3p调控E75和CTSB，形成一对多的调控模式。此外，miR-200-y、miR-23-y和novel-m0089-5p共同调控CYP307A1，揭示了miRNA在激素代谢中的复杂网络。

miRNA-mRNA互作网络

通过整合分析构建了11对卵巢发育相关miRNA-mRNA调控对，其中novel-m0160-5p靶向Hr3、novel-m0304-3p调控Fzd1，而novel-m0038-5p同时作用于SMAD3、Hr4和GstD1，凸显了关键节点基因的协同调控。

卵巢发育相关基因表达模式

热图与趋势分析显示，45个卵巢发育相关基因呈现两类典型表达模式：20个基因随眼柄切除程度增加而持续下调（如HR3、HR4），12个基因在UEA组下调后于BEA组趋于稳定（如CRHBP、TRPA1），反映眼柄对卵巢基因表达的梯度调控效应。

qRT-PCR验证

对CYP315A1、Foxl2、Vg4等10个关键基因的qRT-PCR验证结果与转录组数据高度一致，证实测序结果的可靠性。

本研究通过多组学整合分析，揭示了眼柄通过抑制卵黄蛋白原和蜕皮激素合成基因双重调控卵巢成熟的分子机制，首次构建了罗氏沼虾生殖相关的miRNA-mRNA调控网络。发现的331个新miRNA及关键调控对（如novel-m0038-5p/SMAD3）为甲壳动物生殖内分泌研究提供了新靶点，也为经济虾类人工育苗技术开发奠定了理论基础。未来需通过双荧光素酶报告基因实验等功能研究验证调控关系，并探索关键通路在生殖-蜕皮协同调控中的具体作用机制。