近日，國際學(xué)術(shù)期刊International Journal of Biological Macromolecules在線報道了中國科學(xué)院海洋研究所在重要養(yǎng)殖魚類斑石鯛喙狀齒發(fā)生發(fā)育模式及其持續(xù)更替調(diào)控機制方面的最新研究成果，首次揭示了斑石鯛的喙狀愈合齒呈“嵌套”排布模式，確定了喙狀齒的發(fā)生發(fā)育時序以及頜齒礦化的關(guān)鍵時間節(jié)點，并進一步揭示了喙狀愈合齒發(fā)育的調(diào)控機制，為深入了解魚類頜齒發(fā)育和適應(yīng)性進化提供了新模式。研究成果入選2023年度“International Research Awards on New Science Inventions”（國際科學(xué)新發(fā)明研究獎）。
斑石鯛（Oplegnathus punctatus）是我國近年來新開發(fā)的重要海水養(yǎng)殖經(jīng)濟魚種，具有典型的愈合型喙狀齒表型，可攝食牡蠣、海膽等硬殼類食物。海洋所李軍研究團隊在國內(nèi)率先突破了斑石鯛全人工繁育技術(shù)，建立了苗種規(guī)模化生產(chǎn)技術(shù)（100萬尾/年）及工廠化封閉循環(huán)水養(yǎng)殖與網(wǎng)箱養(yǎng)殖相耦合的陸海接力養(yǎng)殖模式，極大地擴大了斑石鯛養(yǎng)殖規(guī)模。
圖1 斑石鯛頜齒外形及攝食習(xí)性
研究人員通過前期養(yǎng)殖觀察發(fā)現(xiàn)，斑石鯛的頜齒與上、下頜骨愈合，形成堅固的鸚鵡喙狀頜齒，牙齒間隙充滿石灰質(zhì)填充（圖1）。這種獨特的喙狀齒是如何排布和愈合的？喙狀齒的發(fā)生和發(fā)育模式是否跟牙齒分離生長的魚類相似？其發(fā)生發(fā)育調(diào)控機制如何？是否會對斑石鯛攝食習(xí)性及消化系統(tǒng)功能產(chǎn)生影響？為探索斑石鯛喙狀齒的形成機制，指導(dǎo)斑石鯛工廠化養(yǎng)殖精準投喂、合理開發(fā)誘食劑，研究人員開展了此項研究。
科研人員綜合采用形態(tài)解剖、掃描電鏡以及microCT 3D掃描成像等技術(shù)多角度系統(tǒng)研究了斑石鯛愈合型喙狀齒的發(fā)生發(fā)育特征，首次發(fā)現(xiàn)斑石鯛的愈合齒呈“嵌套”排布模式，頜齒齒式（4，15-16，10-1）；確定了喙狀齒的早期發(fā)生發(fā)育關(guān)鍵時間節(jié)點（28dph初代齒萌發(fā)；40dph替換齒出現(xiàn)，頜齒開始愈合；45dph開始硬骨化；50dph喙狀愈合齒完成）（圖2）。此外，基于基因組學(xué)和轉(zhuǎn)錄組學(xué)等多組學(xué)聯(lián)合分析，獲得了11個（bmp2、bmpr2、smad1、wnt5a、msx、axin2、fgfr1a、fgfr2、pitx2、ptch1、cyp27a1）與斑石鯛喙狀齒的發(fā)育密切相關(guān)的關(guān)鍵基因及關(guān)鍵調(diào)控通路（Wnt、BMP、FGF、SHH），在斑石鯛頜齒愈合前、愈合中和愈合后協(xié)同調(diào)控頜齒上皮與間充質(zhì)相互作用，促進成釉細胞及成牙本質(zhì)細胞的持續(xù)增殖和分化（圖3）。此外，研究還發(fā)現(xiàn)Vd代謝及鈣積累密切相關(guān)的cyp27a1基因定位于斑石鯛上頜骨及頜齒基部，且在頜齒快速愈合期加速表達，促進維生素D代謝，進而調(diào)控斑石鯛頜齒牙胚內(nèi)細胞分化以及牙釉質(zhì)和牙本質(zhì)礦化，為喙狀齒的愈合和發(fā)育提供鈣質(zhì)基礎(chǔ)。該研究豐富了魚類牙齒發(fā)生發(fā)育理論及調(diào)控機制研究，為更好地理解生物頜齒的適應(yīng)性進化和再生能力提供了新的見解。
圖2 基于micro-CT掃描的斑石鯛喙狀愈合齒3D重建
圖3 斑石鯛愈合齒發(fā)生發(fā)育調(diào)控機制
中國科學(xué)院海洋研究所為文章第一完成單位，碩士研究生馬玉婷為論文第一作者，肖永雙副研究員和李軍研究員為文章共同通訊作者。研究得到了國家重點研發(fā)計劃、國家自然科學(xué)基金、中國科學(xué)院海洋大科學(xué)研究中心重點部署項目（前沿交叉類）和現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系國家海水魚體系等項目聯(lián)合資助。
文章目錄：
Yuting Ma, Yongshuang Xiao*, Zhizhong Xiao, Jun Li*. Morphological characteristics of beak-like tooth in spotted knifejaw (Oplegnathus punctatus) and mechanisms of dental development regulation by the Wnt, BMP, FGF and SHH signalling pathways. International Journal of Biological Macromolecules. DOI: 10.1016/j.ijbiomac.2023.126188.
文章鏈接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0141813023030842?dgcid=coauthor
