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【研究推荐】目前硬珊瑚分子工具匮乏限制相关研究。本研究针对星孔珊瑚（Astrangia poculata），开发 shRNA 敲降、mRNA 过表达及 CRISPR 敲入等工具，证实 FgfA1 调控 apical tuft 发育，成功实现 Mcol3 基因荧光标记。为珊瑚发育及刺胞动物演化研究提供新模型。
在神秘的海洋世界中，珊瑚作为生态系统的重要构建者，其发育机制的研究一直备受关注。然而，硬珊瑚（scleractinian）由于缺乏有效的分子工具，相关研究进展缓慢。目前，大多数关于刺胞动物（Cnidaria）发育的认知主要来自水螅（Hydra）和海葵（如 Nematostella vectensis）等少数模式生物，而硬珊瑚作为生态意义重大的类群，其基因功能研究因配子获取困难、成年个体保护状态及分子工具匮乏等问题受到极大限制。因此，开发适用于硬珊瑚的遗传操作工具，成为解锁其发育奥秘、推动珊瑚生物学研究的关键。
为填补这一研究空白，美国北卡罗来纳大学威尔明顿分校（University of North Carolina Wilmington）、罗杰威廉姆斯大学（Roger Williams University）等机构的研究人员将目光聚焦于北方星孔珊瑚（Astrangia poculata）。这种珊瑚分布广泛、实验室可诱导产卵，且幼虫透明健壮，是理想的研究模型。他们开展了一系列研究，成功开发了一套用于操控和分析其早期发育中基因表达的工具，相关成果发表在《EvoDevo》上，为硬珊瑚的功能基因组学研究打开了新的大门。
研究人员主要采用了以下关键技术方法：首先是显微注射技术，用于将外源物质如 mRNA、shRNA、CRISPR-Cas9 核糖核蛋白复合体等导入受精卵；其次是基因敲降技术，利用短发夹 RNA（shRNA）特异性抑制目标基因表达；再者是 CRISPR 介导的基因敲入技术，通过设计向导 RNA（sgRNA）和同源修复模板，实现内源基因的荧光标记；此外，还运用了转录组组装、原位杂交（ISH）、免疫染色等分子生物学和细胞生物学技术，以分析基因表达模式和蛋白定位。
星孔珊瑚的可控产卵与显微注射体系建立
研究人员通过急性热激（27–28°C 处理 1 小时）成功诱导星孔珊瑚在实验室环境下产卵，受精后的合子可通过尼龙网固定进行显微注射。在单细胞阶段注射异源 mRNA（如 NvTCF-venus 融合蛋白）后，胚胎中观察到荧光蛋白的核定位，表明外源 mRNA 可有效表达。在两细胞阶段注射不同荧光染料，观察到染料在后续发育中完全分离，显示其卵裂为全裂式，这一特性便于通过单细胞注射研究细胞间通讯。
shRNA 介导的 FgfA1 基因敲降及对顶端纤毛簇发育的影响
成纤维细胞生长因子 A1（FgfA1）在海葵中已被证实调控顶端纤毛簇（apical tuft）的发育。研究人员设计针对星孔珊瑚 FgfA1 的 shRNA 并注射到合子中，结果显示，48 小时胚胎的顶端纤毛簇完全缺失，而对照组正常。进一步通过 MEK/ERK 抑制剂 SU5402 处理，成功模拟了敲降表型，定量分析显示处理组纤毛长度显著短于对照组。结合原位杂交显示 FgfA1 在胚胎口极外胚层表达，证实 Fgf 信号通路在星孔珊瑚顶端纤毛簇发育中的保守作用，且该结构在硬珊瑚中的存在可能为演化研究提供关键线索。
CRISPR 介导的 Minicollagen3（Mcol3）基因敲入与刺细胞发育追踪
刺细胞（cnidocyte）是刺胞动物特有的细胞类型，Minicollagen3（Mcol3）是其特异性标记基因。研究人员利用 CRISPR/Cas9 系统，设计靶向 Mcol3 终止密码子的 sgRNA，并通过 PCR 构建含同源臂和 mNeonGreen 荧光蛋白的修复模板。注射后在约 10% 的幼虫中观察到 Mcol3::mNeon 的镶嵌表达，PCR 验证证实基因成功敲入。原位杂交显示 Mcol3 表达模式与刺细胞发育一致，48 小时幼虫中可见成熟刺细胞。该技术为实时追踪刺细胞发育和再生提供了强大工具，有助于解析这一古老细胞类型的演化机制。
研究结论与意义
本研究首次在硬珊瑚中建立了包括基因敲降、过表达和 CRISPR 敲入的完整功能基因组学工具链。星孔珊瑚因其易获取性、实验室可控繁殖及透明胚胎等特性，成为硬珊瑚研究的理想模型。通过 FgfA1 和 Mcol3 的研究，不仅揭示了保守的发育调控机制，还为刺胞动物演化研究提供了新视角。这些工具的应用将推动整个珊瑚生物学领域的发展，助力解析胚胎模式形成、形态发生及珊瑚 - 微生物互作等关键科学问题，为应对珊瑚礁退化等生态挑战提供理论基础。未来，若能突破实验室环境下幼虫着床的技术瓶颈，星孔珊瑚有望成为研究珊瑚共生和钙化等成体特征的重要模型，进一步拓展其在发育生物学和生态保护中的应用价值。
