PI3K-Akt与TGF-β信号通路协同调控中华鳖胚胎期裙边发育的分子机制解析

本研究针对中华鳖（Pelodiscus sinensis）裙边组织发育机制不明的科学问题，通过整合转录组学和蛋白质组学技术，系统分析了TK17-TK19胚胎期裙边组织的关键调控通路。研究发现PI3K-Akt和TGF-β信号通路通过协同调控细胞增殖和I型胶原合成代谢参与裙边发育，为理解爬行动物特殊结缔组织的形成机制提供了新视角。该成果对提升中华鳖抗逆性和营养品质具有重要指导意义。

　　

在中华传统美食文化中，中华鳖（Pelodiscus sinensis）的裙边（calipash）因其独特的胶质口感和丰富营养备受推崇。这块位于鳖甲后缘的特殊结缔组织，不仅是决定鳖肉品质的关键部位，更蕴含着动物应对环境压力的生理密码。然而令人惊讶的是，尽管裙边的经济价值和生物学意义重大，科学界对其发育调控机制的认识却长期处于空白状态。这种认知缺失直接制约了中华鳖品质育种和健康养殖技术的发展。

为揭开这一谜团，安徽农业大学动物科技学院的研究团队在《Genomics》发表了突破性研究成果。研究人员创新性地采用多组学整合分析策略，结合基因功能验证实验，首次系统解析了中华鳖胚胎期裙边发育的分子调控网络。研究选取TK17-TK19三个关键胚胎发育阶段，通过转录组测序和蛋白质组质谱分析获得差异表达基因（DEGs）和差异表达蛋白（DEPs），并运用基因敲降技术验证核心通路的生物学功能。

关键技术方法包括：胚胎分期取样建立发育时序样本队列（TK17-TK19阶段）、高通量转录组测序、TMT标记定量蛋白质组学、KEGG通路富集分析、siRNA介导的基因敲降实验等。研究通过多维度数据整合，构建了从基因表达到蛋白功能的完整调控网络。

【PI3K-Akt和TGF-β信号通路的协同调控】

功能富集分析显示，差异表达分子显著富集于PI3K-Akt（磷脂酰肌醇3激酶-蛋白激酶B）和TGF-β（转化生长因子β）两条经典信号通路。这两条通路在脊椎动物发育中通常分别调控细胞增殖和基质合成，但本研究发现它们在裙边组织中存在前所未有的协同作用模式。实验证实，PI3K-Akt通过激活下游mTOR（哺乳动物雷帕霉素靶蛋白）促进裙边细胞增殖，而TGF-β则通过Smad2/3（母亲对抗十肢瘫痪同源物2/3）信号轴驱动I型胶原（Col1a1）的合成代谢。

【基因敲降的功能验证】

研究人员设计特异性siRNA分别抑制PI3K和TGF-β受体基因表达，发现单独抑制任一条通路均导致裙边发育迟缓，表现为细胞密度降低和胶原纤维排列紊乱。双重抑制实验则显示更严重的发育缺陷，证实两条通路存在功能互补。值得注意的是，TGF-β通路被抑制时，PI3K-Akt活性代偿性增强，这种动态平衡机制确保了裙边组织的稳态发育。

【细胞外基质重塑的分子开关】

蛋白质组数据揭示，裙边发育过程中基质金属蛋白酶（MMP2/9）与其抑制剂（TIMP1）的表达比例发生规律性变化，这种精密调控的蛋白水解活性为胶原纤维的定向组装提供了微环境。同时，纤维连接蛋白（Fibronectin）和层粘连蛋白（Laminin）等黏附分子的阶段性高表达，构成了引导细胞迁移和定位的空间线索。

这项研究首次绘制了中华鳖裙边发育的分子图谱，揭示了PI3K-Akt和TGF-β通路协同调控的特殊模式。其科学价值在于：为理解爬行动物特有结缔组织的进化发育机制提供了新范式；从应用角度，研究鉴定的关键调控节点可作为分子标记用于良种选育，而揭示的胶原合成调控机制对再生医学中生物材料制备具有借鉴意义。该成果不仅填补了龟鳖类特殊组织发育研究的空白，更为水产动物品质改良提供了理论支撑。