馬氏珠母貝珍珠層形成相關基因的克隆與功能研究

梁恒瑞

（印度尼西亞國家海洋局）

馬氏珠母貝珍珠層形成相關基因的克隆與功能研究

梁恒瑞

（印度尼西亞國家海洋局）

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

馬氏珠母貝 珍珠層 基因的克隆 功能 研究

印尼新任總統提出建設海洋強國戰略以后,印尼國家海洋局的馬氏珠母貝相關領域的研究在中國和日本學者的幫助下取得了很大進展,當前對于馬氏珠母貝珍珠層形成相關基因的克隆與功能研究主要方式是“根據已構建的溶藻弧菌（Vibro alginolyticus）誘導的馬氏珠母貝（Pinctada fucata）血淋巴cDNA差減文庫得到的ESTs序列,應用cDNA末端快速擴增（RACE）技術成功克隆了其組織蛋白酶L基因（PFCatL）,并對其進行了生物信息學分析?！睂τ隈R氏珠母貝珍珠層形成相關基因的克隆與功能研究,對于提升珍珠育種品質,作用極大。

1 馬氏珠母貝的簡單介紹

馬氏珠母貝（Pinctada Maxima）,這種貝類在熱帶東南亞地區廣發分布,是海水珍珠培育過程當中選用的主要貝殼品種。目前已在養殖生態、生理生化及分子生物學方面對其進行了廣泛的研究。馬氏珠母貝也是中國南方沿海地區人工培育海水珍珠的常用貝類,近期印尼國家海洋局在日本,中國學者的幫助下,對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展。特別是對于基因手段進行色差控制,光澤提升,效果尤為明顯。隨著我國南海開發的進展,馬氏貝培育世界頂級南洋珍珠有望在中國南海實現。

2 貝殼基質蛋白、珍珠層以及珍珠囊的研究現狀

貝殼中所含有的貝殼基質蛋白雖然很微量,但是在貝殼的形成過程當中發揮著巨大的作用,它對貝殼的碳酸鈣的形成具有很強的調控作用,一直都是研究的熱點,截止到目前,我們與貝殼有關的基質蛋白已經發現和分離出的有二十種。

關于珍珠層的研究也取得了很大的進展。珍珠層形成機理的研究在學術界有外套膜調節理論、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。國內外學者,大多借助形態學觀察理論,關注珍珠囊的發育和功能層面,開展的研究主要是側重于珍珠囊的超微結構、組織結構以及形成原因等。而我們在和日本學者合作中,借助最新的生科手段,逐漸對珍珠囊的研究精細化,精密化,已經邁向了分子水平,相對比舊的形態學觀察理論,是一個革命性的跨越,也對珍珠囊發育理論的貢獻極大。

3 馬氏珠母貝BMP基因的克隆與功能研究

馬氏珠母貝BMP基因也稱骨形態發生蛋白基因,骨形態發生蛋白發現和命名于二十世紀六七十年代,Urist在研究中證實骨形態發生蛋白是一種能夠對骨頭形成起誘導作用的活性因子。二十世紀八十年代Wozney等學者通過采用基因重組技術實現了對克隆出的四種骨形態發生蛋白基因的表達,在骨修復、骨母細胞分化等方面逐漸發揮作用。

我們在此基礎上,對馬氏珠母貝BMP基因的克隆與功能用生物信息學方法,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域）,借助大量實驗積累出的馬氏珠母貝的相關數據庫,從而對馬氏珠母貝的珍珠囊分泌蛋白進行分析和預測,并將從中選出馬氏珠母貝的BMP基因進行克隆和功能驗證。這對于篩選優質顏色,優質光澤的珍珠母貝,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現于二十世紀七十年代,剛開始人們將其稱為“膠原酶抑制劑”,后來經過相關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異的多,對于機體穩定的平衡具有不可估量的作用,而我們對于金屬蛋白酶組織抑制劑的研究發現了金屬蛋白酶組織抑制劑的更多作用。

對于馬氏珠母貝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。通過從馬氏珠母貝珍珠囊分化出的TIMP基因,采用RACE技術對馬氏珠母貝TIMP基因中cDNA的全長進行了測量,同時還對該基因進行了蛋白的預測和相關序列的分析,另外,在研究中利用熒光定量與電纜掃描相結合的方法對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行了相關的探究和討論。

5 小結

當前,由于我國的海水污染嚴重、貝類養殖自然光熱條件,生物資源處于劣勢,技術也落后于國際水平,我國的高端南洋珍珠的產量和質量明顯劣于其他國家,在珍珠國際市場上一直處于弱勢狀態,極度依賴進口。因此,為了促進我國珍珠產業的繁榮發展,提升我國珍珠優良品種的培育實力,我們與印尼國家海洋局合作的珍珠貝礦化基因的研究、珍珠層形成機理的研究等有關貝類珍珠育種方向的各項研究不斷開展,研究成果不斷地得到應用,并在實際生產中得到驗證,取得進展。在不久的將來,有望在中國南海的純凈海水里,運用我們掌握的技術,培育出世界頂級的南洋珍珠。

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

［2］王忠良，簡紀常，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.海洋酸化對馬氏珠母貝珍珠層形成的影響［J］《.海洋科學》，2015年08期.

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