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鲤是世界范围内最重要的淡水养殖品种之一,目前有100多个国家和地区养殖,年产量达418.95万吨。我国鲤年产量为300.55万吨,是全球总产量的72%。黄河鲤是黄河流域自然选择形成的地方特色品种,其金鳞赤尾、体形修长、味道鲜美,是我国四大淡水名鱼之一。然而黄河鲤椎骨两侧肌层中却含有大量纤细、密集、难以除去的小针状骨(肌间骨)。肌间骨的存在不仅给黄河鲤的食用带来一定的安全隐患,也增加了加工难度,使其消费价值大打折扣并严重制约了加工产业的发展。本文通过优化黄河鲤仔稚鱼肌间骨染色方法,确定黄河鲤肌间骨骨化过程中的5个关键节点,并对其尾部组织转录组进行高通量测序,将非重复序列和鲤基因组进行比对注释、GO富集分析、KEGG富集分析、表达谱聚类后,筛选参与黄河鲤肌间骨骨化的相关基因,采用q RT-PCR方法验证RNA-seq数据,并通过CRISPR/Cas9对bmp3进行编辑获得突变的嵌合体斑马鱼,以验证该基因的功能,主要研究结果如下:(1)从染色时间、温度、H2O2浓度、褪色时间、甘油透明时间等多个方面对茜素红染色法进行优化,在黄河鲤仔稚鱼肌间骨染色中达到良好的效果。此方法能让黄河鲤肌间骨快速着色,为后续肌间骨的形态学研究奠定了基础。(2)通过对黄河鲤肌间骨染色,确定黄河鲤肌间骨发育的5个关键节点。S1:未出现肌间骨(出膜第11天);S2:肌间骨在尾部首次出现(出膜第13天);S3:肌间骨数目增加(出膜第15天);S4:肌间骨首次在头部出现(出膜第17天);S5:肌间骨骨化完全(出膜第20天)。本研究选取5个关键节点的尾部组织进行转录组分析,数据过滤后,共获得781,798,980 clean reads,67,513个unigene,Q20为97.78%,GC含量为47.45%,GO功能注释得到32,767个基因,KEGG信号通路富集6,499个基因。(3)肌间骨形成过程中,通过对转录组的动态变化和差异比较,发现从肌间骨未开始骨化到完全骨化有大量基因在动态变化,这说明肌间骨的骨化是一个复杂的过程。差异基因的GO富集结果显示,前3个阶段的基因多富集在DNA复制、细胞迁移的调控、细胞迁移等细胞转移、增殖和分化的GO term上;后2个阶段的差异基因多富集在运动纤维和代谢相关的GO term上。黄河鲤肌间骨发育过程中的KEGG富集结果显示,错配修复等细胞增殖分化相关通路在S1Vs S2中被显著富集;S2Vs S3的差异基因未显著富集到任何通路;S3Vs S4的差异基因显著富集在Fox O、VEGF和ECM多个骨发育相关的信号通路上;S4至S5阶段处于肌间骨发育后期,碳代谢和糖酵解等多种生命活动能量相关的通路被显著富集。结果表明肌间骨骨化过程复杂,前3个阶段细胞增殖、迁移相关的基因在骨化过程中起重要作用。在S3到S4阶段与骨骼发育相关的通路被显著富集,这些通路可能参与了肌间骨骨化;S4到S5阶段差异基因富集结果表明,肌间骨和运动密切相关。(4)对KEGG代谢通路富集基因去冗余,将差异表达基因按表达谱分为6个不同的profile。各个profile重新进行KEGG富集分析,结果表明CCI、VEGF、TGF-β、Fox O、MAPK、ECM 6个和骨发育相关的通路被显著富集在profile2、profile4上。profile1、profile2和profile4的表达谱相似,在S1到S2阶段呈现表达上调或不明显下调;S3到S4阶段显著下调,其他阶段变化不明显。结果表明,CCI、VEGF、TGF-β、Fox O、MAPK、ECM通路可能参与调控肌间骨的形成,但具体机制仍需进一步的探索。(5)按照profile1、2和4的表达谱及6个骨发育相关通路筛选出295个差异基因,并根据持续上调或持续下调筛选出194个可能参与肌间骨骨化的候选基因。随机选择部分骨骼、肌肉发育相关的差异表达基因进行q RT-PCR验证,其表达趋势和RNA-seq结果基本一致,证实转录组数据结果真实可靠。(6)以CRISPR/Cas9系统为基础,选择靶点并设计引物,构建bmp3突变嵌合型斑马鱼。本实验观察到被编辑的斑马鱼受精卵出膜时间较晚,且部分个体出现明显的脊柱和尾部弯曲,但不确定相关表型是由bmp3缺失导致,进一步的研究仍在进行中。本研究从组织染色、比较转录组学分析和CRISPR/Cas9等方面,对黄河鲤肌间骨关键节点的表达水平变化进行探究,发现CCI、VEGF、TGF-β、Fox O、MAPK、ECM多个骨发育相关的通路可能在肌间骨发育中发挥着一定作用,挖掘到多个参与肌间骨骨化的候选基因,并用CRISPR/Cas9技术构建了bmp3突变的嵌合型斑马鱼。