BMP信号通路调控三疣梭子蟹第二性征发育的分子机制及其性别分化调控意义

为解决三疣梭子蟹(Portunus trituberculatus)早期性别鉴定困难及性别调控技术缺失的问题，研究人员通过BMP信号通路抑制剂(LDN-193189 2HCl)和激活剂(SB4)处理，系统研究了其对幼蟹腹部形态、生殖孔及性别相关基因(IAG/CFSH)表达的影响。研究发现抑制BMP通路可导致雌蟹C III期生殖孔畸形，并显著上调BMPR1B/Smad4等基因表达，为甲壳类性别分化机制提供了新见解，对经济蟹类养殖性别调控技术开发具有重要指导意义。

　　

在水产养殖领域，三疣梭子蟹(Portunus trituberculatus)作为我国重要的海水经济物种，雌蟹因性腺发育饱满而具有更高的市场价值。然而，当前养殖过程中需待幼蟹发育至可通过腹部形态辨别性别时才能人工分选，这一过程不仅耗时耗力，更制约了性别比例调控技术的应用。更关键的是，关于甲壳类早期性别分化的分子机制，特别是第二性征（如腹肢和生殖孔）发育的调控网络仍属空白。这一科学问题的解决，对于实现经济蟹类定向性别育种具有重大意义。

针对这一挑战，来自宁波大学等机构的研究团队在《Aquaculture Reports》发表了创新性研究成果。研究聚焦骨形态发生蛋白(BMP)信号通路——该通路在脊椎动物肢体发育和性别决定中起关键作用，但在甲壳类中的功能鲜有报道。团队假设BMP通路可能通过调控性别相关基因表达，影响三疣梭子蟹第二性征的发育进程。

研究采用多学科技术手段：通过竞争性等位基因特异性PCR(KASP)进行遗传性别鉴定；使用扫描电镜观察C I-C III期幼蟹腹肢和生殖孔的超微结构；采用抑制剂(LDN-193189 2HCl)和激活剂(SB4)处理干预BMP通路；结合实时定量PCR(qPCR)分析BMP2/Smad4等通路基因及IAG/CFSH性别相关基因的表达模式。实验样本为宁波大生科技有限公司提供的三疣梭子蟹大眼幼体，设置空白组、DMSO溶剂对照组、抑制剂组和激活剂组进行对比研究。

【3.1 遗传性别鉴定】
通过KASP技术对360只幼蟹进行性别鉴定，总体雌雄比为1.32。值得注意的是，激活剂组在C III期出现异常性别比(0.30)，暗示BMP通路激活可能影响性别发育平衡。

【3.2 腹部形态特征分析】
标准化测量显示：抑制剂处理显著降低雌蟹C I期AW4/AL比值，却提高C III期该比值；雄蟹C II期AW1/AL和AW3/AL比值显著增加。这些变化表明BMP通路抑制对两性腹部发育具有阶段性差异调控作用。

【3.3 腹肢与生殖孔发育】
扫描电镜揭示关键发育规律：

• C I期：两性均具5对单肢型腹肢，雌性生殖孔已可辨识
• C II期：雌蟹保留4对双肢型腹肢，雄蟹出现特化的第1对腹肢
• C III期：雌蟹腹肢内外肢长度差减小，雄蟹第3-5对腹肢退化
  抑制剂处理导致雌蟹C III期生殖孔畸形，首次证实BMP通路缺陷与甲壳类生殖器发育异常的关联。

【3.4-3.6 基因表达调控网络】
qPCR结果显示：

• 抑制剂组雌蟹C III期BMPR1B/Smad4表达显著上调，伴随IAG和CFSH的异常高表达
• 激活剂组虽改变多个基因表达水平，但未引起显著表型变化
  这表明BMP通路可能通过正反馈调节维持IAG/CFSH的表达平衡，其抑制会打破这种平衡，导致雌性生殖器发育异常。

讨论部分揭示了这项研究的深远意义：首次阐明BMP信号通路通过调控IAG和CFSH基因表达，影响三疣梭子蟹第二性征发育的分子机制。特别是发现C III期是BMP通路调控性别分化的关键窗口期，这为发展基于BMP通路干预的性别控制技术提供了理论依据。研究建立的早期性别鉴定标准（C I期看生殖孔、C II期观腹肢）可直接应用于育苗实践，而发现的生殖孔畸形现象为甲壳类生殖器发育缺陷研究提供了新模型。

该成果不仅填补了甲壳类性别分化机制的理论空白，其揭示的BMP-IAG/CFSH调控轴更为经济甲壳动物的性别调控技术开发指明了新方向。未来研究可进一步探索BMP通路下游效应分子与性别激素网络的交叉对话机制，为发展无创性别控制技术奠定基础。