馬氏珠母貝珍珠層形成相關(guān)基因的克隆與功能研究

梁恒瑞

（印度尼西亞國(guó)家海洋局）

馬氏珠母貝珍珠層形成相關(guān)基因的克隆與功能研究

梁恒瑞

（印度尼西亞國(guó)家海洋局）

作為世界上最重要的南洋珍珠生產(chǎn)基地，印度尼西亞（以下簡(jiǎn)稱印尼）的產(chǎn)量占世界產(chǎn)量的50%以上。南洋馬氏珠母貝珍珠由于光澤度好、晶瑩剔透以及質(zhì)感細(xì)膩等聞名于世。本文首先對(duì)馬氏珠母貝進(jìn)行了簡(jiǎn)單的介紹，然后分析了貝殼機(jī)制蛋白、珍珠層以及珍珠囊的研究現(xiàn)狀，并對(duì)馬氏珠母貝的BMP7基因與TIMP基因的克隆和功能研究做了簡(jiǎn)單的概述。

馬氏珠母貝 珍珠層 基因的克隆 功能 研究

印尼新任總統(tǒng)提出建設(shè)海洋強(qiáng)國(guó)戰(zhàn)略以后,印尼國(guó)家海洋局的馬氏珠母貝相關(guān)領(lǐng)域的研究在中國(guó)和日本學(xué)者的幫助下取得了很大進(jìn)展,當(dāng)前對(duì)于馬氏珠母貝珍珠層形成相關(guān)基因的克隆與功能研究主要方式是“根據(jù)已構(gòu)建的溶藻弧菌（Vibro alginolyticus）誘導(dǎo)的馬氏珠母貝（Pinctada fucata）血淋巴cDNA差減文庫(kù)得到的ESTs序列,應(yīng)用cDNA末端快速擴(kuò)增（RACE）技術(shù)成功克隆了其組織蛋白酶L基因（PFCatL）,并對(duì)其進(jìn)行了生物信息學(xué)分析?！睂?duì)于馬氏珠母貝珍珠層形成相關(guān)基因的克隆與功能研究,對(duì)于提升珍珠育種品質(zhì),作用極大。

1 馬氏珠母貝的簡(jiǎn)單介紹

馬氏珠母貝（Pinctada Maxima）,這種貝類在熱帶東南亞地區(qū)廣發(fā)分布,是海水珍珠培育過(guò)程當(dāng)中選用的主要貝殼品種。目前已在養(yǎng)殖生態(tài)、生理生化及分子生物學(xué)方面對(duì)其進(jìn)行了廣泛的研究。馬氏珠母貝也是中國(guó)南方沿海地區(qū)人工培育海水珍珠的常用貝類,近期印尼國(guó)家海洋局在日本,中國(guó)學(xué)者的幫助下,對(duì)馬氏珠母貝的貝殼成分、珍珠層成分以及遺傳育種等方面都取得了巨大進(jìn)展。特別是對(duì)于基因手段進(jìn)行色差控制,光澤提升,效果尤為明顯。隨著我國(guó)南海開發(fā)的進(jìn)展,馬氏貝培育世界頂級(jí)南洋珍珠有望在中國(guó)南海實(shí)現(xiàn)。

2 貝殼基質(zhì)蛋白、珍珠層以及珍珠囊的研究現(xiàn)狀

貝殼中所含有的貝殼基質(zhì)蛋白雖然很微量,但是在貝殼的形成過(guò)程當(dāng)中發(fā)揮著巨大的作用,它對(duì)貝殼的碳酸鈣的形成具有很強(qiáng)的調(diào)控作用,一直都是研究的熱點(diǎn),截止到目前,我們與貝殼有關(guān)的基質(zhì)蛋白已經(jīng)發(fā)現(xiàn)和分離出的有二十種。

關(guān)于珍珠層的研究也取得了很大的進(jìn)展。珍珠層形成機(jī)理的研究在學(xué)術(shù)界有外套膜調(diào)節(jié)理論、隔室理論、礦物橋理論以及模板理論這四種主要的理論和假設(shè)。國(guó)內(nèi)外學(xué)者,大多借助形態(tài)學(xué)觀察理論,關(guān)注珍珠囊的發(fā)育和功能層面,開展的研究主要是側(cè)重于珍珠囊的超微結(jié)構(gòu)、組織結(jié)構(gòu)以及形成原因等。而我們?cè)诤腿毡緦W(xué)者合作中,借助最新的生科手段,逐漸對(duì)珍珠囊的研究精細(xì)化,精密化,已經(jīng)邁向了分子水平,相對(duì)比舊的形態(tài)學(xué)觀察理論,是一個(gè)革命性的跨越,也對(duì)珍珠囊發(fā)育理論的貢獻(xiàn)極大。

3 馬氏珠母貝BMP基因的克隆與功能研究

馬氏珠母貝BMP基因也稱骨形態(tài)發(fā)生蛋白基因,骨形態(tài)發(fā)生蛋白發(fā)現(xiàn)和命名于二十世紀(jì)六七十年代,Urist在研究中證實(shí)骨形態(tài)發(fā)生蛋白是一種能夠?qū)穷^形成起誘導(dǎo)作用的活性因子。二十世紀(jì)八十年代Wozney等學(xué)者通過(guò)采用基因重組技術(shù)實(shí)現(xiàn)了對(duì)克隆出的四種骨形態(tài)發(fā)生蛋白基因的表達(dá),在骨修復(fù)、骨母細(xì)胞分化等方面逐漸發(fā)揮作用。

我們?cè)诖嘶A(chǔ)上,對(duì)馬氏珠母貝BMP基因的克隆與功能用生物信息學(xué)方法,利用克隆材料（主要取材于外套膜和珍珠囊）、熒光定量材料（主要取材于珍珠囊、外套膜以及性腺等）以及RNAi材料（主要取材于外套膜的邊緣與中央等區(qū)域）,借助大量實(shí)驗(yàn)積累出的馬氏珠母貝的相關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù),從而對(duì)馬氏珠母貝的珍珠囊分泌蛋白進(jìn)行分析和預(yù)測(cè),并將從中選出馬氏珠母貝的BMP基因進(jìn)行克隆和功能驗(yàn)證。這對(duì)于篩選優(yōu)質(zhì)顏色,優(yōu)質(zhì)光澤的珍珠母貝,培育精品珍珠,起到了決定性的作用。

4 馬氏珠母貝TIMP基因的克隆和功能研究

馬氏珠母貝TIMP基因即馬氏珠母貝金屬蛋白酶組織抑制劑基因,它是一種多功能性質(zhì)的因子,能夠在一定程度上提高馬氏珠母貝的金屬蛋白酶活性抑制的有效性。金屬蛋白酶組織抑制劑最初發(fā)現(xiàn)于二十世紀(jì)七十年代,剛開始人們將其稱為“膠原酶抑制劑”,后來(lái)經(jīng)過(guò)相關(guān)專家前仆后繼的提純分離研究,金屬蛋白酶抑制劑才被重新定義命名。金屬蛋白酶抑制劑作為一種天然的抑制劑,比人工合成制劑效果優(yōu)異的多,對(duì)于機(jī)體穩(wěn)定的平衡具有不可估量的作用,而我們對(duì)于金屬蛋白酶組織抑制劑的研究發(fā)現(xiàn)了金屬蛋白酶組織抑制劑的更多作用。

對(duì)于馬氏珠母貝TIMP基因的克隆和功能研究,同樣采用的是生物信息學(xué)方法,研究所選用的材料與馬氏珠母貝BMP基因的克隆與功能研究需用的材料相同。通過(guò)從馬氏珠母貝珍珠囊分化出的TIMP基因,采用RACE技術(shù)對(duì)馬氏珠母貝TIMP基因中cDNA的全長(zhǎng)進(jìn)行了測(cè)量,同時(shí)還對(duì)該基因進(jìn)行了蛋白的預(yù)測(cè)和相關(guān)序列的分析,另外,在研究中利用熒光定量與電纜掃描相結(jié)合的方法對(duì)馬氏珠母貝金屬蛋白酶組織抑制劑基因在貝殼珍珠形成中的作用進(jìn)行了相關(guān)的探究和討論。

5 小結(jié)

當(dāng)前,由于我國(guó)的海水污染嚴(yán)重、貝類養(yǎng)殖自然光熱條件,生物資源處于劣勢(shì),技術(shù)也落后于國(guó)際水平,我國(guó)的高端南洋珍珠的產(chǎn)量和質(zhì)量明顯劣于其他國(guó)家,在珍珠國(guó)際市場(chǎng)上一直處于弱勢(shì)狀態(tài),極度依賴進(jìn)口。因此,為了促進(jìn)我國(guó)珍珠產(chǎn)業(yè)的繁榮發(fā)展,提升我國(guó)珍珠優(yōu)良品種的培育實(shí)力,我們與印尼國(guó)家海洋局合作的珍珠貝礦化基因的研究、珍珠層形成機(jī)理的研究等有關(guān)貝類珍珠育種方向的各項(xiàng)研究不斷開展,研究成果不斷地得到應(yīng)用,并在實(shí)際生產(chǎn)中得到驗(yàn)證,取得進(jìn)展。在不久的將來(lái),有望在中國(guó)南海的純凈海水里,運(yùn)用我們掌握的技術(shù),培育出世界頂級(jí)的南洋珍珠。

［1］曹占旺，王大鵬，甘西.馬氏珠母貝及海水珍珠的研究進(jìn)展［J］《.廣西農(nóng)林科學(xué)》，2009年12期.

［2］王忠良，簡(jiǎn)紀(jì)常，魯義善，丁，王蓓，陳剛，吳灶和.馬氏珠母貝（Pinctada fucata）組織蛋白酶L基因的克隆與表達(dá)分析［J］ .更多還原…《海洋與湖澤》，2013年06期.

［3］董冰冰，黃榮蓮，王慶恒，鄭哲，焦鈺， 鄧岳文，杜曉東.海洋酸化對(duì)馬氏珠母貝珍珠層形成的影響［J］《.海洋科學(xué)》，2015年08期.

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1674-2060（2016）03-0012-01

梁恒瑞（1986—），高級(jí)研究員，本科學(xué)歷，主要從事珍珠培育與育種方面工作。