马氏珠母贝珍珠层形成相关基因的克隆与功能研究

梁恒瑞

（印度尼西亚国家海洋局）

马氏珠母贝珍珠层形成相关基因的克隆与功能研究

梁恒瑞

（印度尼西亚国家海洋局）

作为世界上最重要的南洋珍珠生产基地，印度尼西亚（以下简称印尼）的产量占世界产量的50%以上。南洋马氏珠母贝珍珠由于光泽度好、晶莹剔透以及质感细腻等闻名于世。本文首先对马氏珠母贝进行了简单的介绍，然后分析了贝壳机制蛋白、珍珠层以及珍珠囊的研究现状，并对马氏珠母贝的BMP7基因与TIMP基因的克隆和功能研究做了简单的概述。

马氏珠母贝 珍珠层 基因的克隆 功能 研究

印尼新任总统提出建设海洋强国战略以后,印尼国家海洋局的马氏珠母贝相关领域的研究在中国和日本学者的帮助下取得了很大进展,当前对于马氏珠母贝珍珠层形成相关基因的克隆与功能研究主要方式是“根据已构建的溶藻弧菌（Vibro alginolyticus）诱导的马氏珠母贝（Pinctada fucata）血淋巴cDNA差减文库得到的ESTs序列,应用cDNA末端快速扩增（RACE）技术成功克隆了其组织蛋白酶L基因（PFCatL）,并对其进行了生物信息学分析。”对于马氏珠母贝珍珠层形成相关基因的克隆与功能研究,对于提升珍珠育种品质,作用极大。

1 马氏珠母贝的简单介绍

马氏珠母贝（Pinctada Maxima）,这种贝类在热带东南亚地区广发分布,是海水珍珠培育过程当中选用的主要贝壳品种。目前已在养殖生态、生理生化及分子生物学方面对其进行了广泛的研究。马氏珠母贝也是中国南方沿海地区人工培育海水珍珠的常用贝类,近期印尼国家海洋局在日本,中国学者的帮助下,对马氏珠母贝的贝壳成分、珍珠层成分以及遗传育种等方面都取得了巨大进展。特别是对于基因手段进行色差控制,光泽提升,效果尤为明显。随着我国南海开发的进展,马氏贝培育世界顶级南洋珍珠有望在中国南海实现。

2 贝壳基质蛋白、珍珠层以及珍珠囊的研究现状

贝壳中所含有的贝壳基质蛋白虽然很微量,但是在贝壳的形成过程当中发挥着巨大的作用,它对贝壳的碳酸钙的形成具有很强的调控作用,一直都是研究的热点,截止到目前,我们与贝壳有关的基质蛋白已经发现和分离出的有二十种。

关于珍珠层的研究也取得了很大的进展。珍珠层形成机理的研究在学术界有外套膜调节理论、隔室理论、矿物桥理论以及模板理论这四种主要的理论和假设。国内外学者,大多借助形态学观察理论,关注珍珠囊的发育和功能层面,开展的研究主要是侧重于珍珠囊的超微结构、组织结构以及形成原因等。而我们在和日本学者合作中,借助最新的生科手段,逐渐对珍珠囊的研究精细化,精密化,已经迈向了分子水平,相对比旧的形态学观察理论,是一个革命性的跨越,也对珍珠囊发育理论的贡献极大。

3 马氏珠母贝BMP基因的克隆与功能研究

马氏珠母贝BMP基因也称骨形态发生蛋白基因,骨形态发生蛋白发现和命名于二十世纪六七十年代,Urist在研究中证实骨形态发生蛋白是一种能够对骨头形成起诱导作用的活性因子。二十世纪八十年代Wozney等学者通过采用基因重组技术实现了对克隆出的四种骨形态发生蛋白基因的表达,在骨修复、骨母细胞分化等方面逐渐发挥作用。

我们在此基础上,对马氏珠母贝BMP基因的克隆与功能用生物信息学方法,利用克隆材料（主要取材于外套膜和珍珠囊）、荧光定量材料（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边缘与中央等区域）,借助大量实验积累出的马氏珠母贝的相关数据库,从而对马氏珠母贝的珍珠囊分泌蛋白进行分析和预测,并将从中选出马氏珠母贝的BMP基因进行克隆和功能验证。这对于筛选优质颜色,优质光泽的珍珠母贝,培育精品珍珠,起到了决定性的作用。

4 马氏珠母贝TIMP基因的克隆和功能研究

马氏珠母贝TIMP基因即马氏珠母贝金属蛋白酶组织抑制剂基因,它是一种多功能性质的因子,能够在一定程度上提高马氏珠母贝的金属蛋白酶活性抑制的有效性。金属蛋白酶组织抑制剂最初发现于二十世纪七十年代,刚开始人们将其称为“胶原酶抑制剂”,后来经过相关专家前仆后继的提纯分离研究,金属蛋白酶抑制剂才被重新定义命名。金属蛋白酶抑制剂作为一种天然的抑制剂,比人工合成制剂效果优异的多,对于机体稳定的平衡具有不可估量的作用,而我们对于金属蛋白酶组织抑制剂的研究发现了金属蛋白酶组织抑制剂的更多作用。

对于马氏珠母贝TIMP基因的克隆和功能研究,同样采用的是生物信息学方法,研究所选用的材料与马氏珠母贝BMP基因的克隆与功能研究需用的材料相同。通过从马氏珠母贝珍珠囊分化出的TIMP基因,采用RACE技术对马氏珠母贝TIMP基因中cDNA的全长进行了测量,同时还对该基因进行了蛋白的预测和相关序列的分析,另外,在研究中利用荧光定量与电缆扫描相结合的方法对马氏珠母贝金属蛋白酶组织抑制剂基因在贝壳珍珠形成中的作用进行了相关的探究和讨论。

5 小结

当前,由于我国的海水污染严重、贝类养殖自然光热条件,生物资源处于劣势,技术也落后于国际水平,我国的高端南洋珍珠的产量和质量明显劣于其他国家,在珍珠国际市场上一直处于弱势状态,极度依赖进口。因此,为了促进我国珍珠产业的繁荣发展,提升我国珍珠优良品种的培育实力,我们与印尼国家海洋局合作的珍珠贝矿化基因的研究、珍珠层形成机理的研究等有关贝类珍珠育种方向的各项研究不断开展,研究成果不断地得到应用,并在实际生产中得到验证,取得进展。在不久的将来,有望在中国南海的纯净海水里,运用我们掌握的技术,培育出世界顶级的南洋珍珠。

［1］曹占旺，王大鹏，甘西.马氏珠母贝及海水珍珠的研究进展［J］《.广西农林科学》，2009年12期.

［2］王忠良，简纪常，鲁义善，丁，王蓓，陈刚，吴灶和.马氏珠母贝（Pinctada fucata）组织蛋白酶L基因的克隆与表达分析［J］ .更多还原…《海洋与湖泽》，2013年06期.

［3］董冰冰，黄荣莲，王庆恒，郑哲，焦钰， 邓岳文，杜晓东.海洋酸化对马氏珠母贝珍珠层形成的影响［J］《.海洋科学》，2015年08期.

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1674-2060（2016）03-0012-01

梁恒瑞（1986—），高级研究员，本科学历，主要从事珍珠培育与育种方面工作。