近日，國際學術期刊International Journal of Biological Macromolecules在線報道了中國科學院海洋研究所在重要養殖魚類斑石鯛喙狀齒發生發育模式及其持續更替調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，確定了喙狀齒的發生發育時序以及頜齒礦化的關鍵時間節點，并進一步揭示了喙狀愈合齒發育的調控機制，為深入了解魚類頜齒發育和適應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”（國際科學新發明研究獎）。  

　　斑石鯛（Oplegnathus punctatus）是我國近年來新開發的重要海水養殖經濟魚種，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率先突破了斑石鯛全人工繁育技術，建立了苗種規?；a技術（100萬尾/年）及工廠化封閉循環水養殖與網箱養殖相耦合的陸海接力養殖模式，極大地擴大了斑石鯛養殖規模。  

圖1 斑石鯛頜齒外形及攝食習性

　　研究人員通過前期養殖觀察發現，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？喙狀齒的發生和發育模式是否跟牙齒分離生長的魚類相似？其發生發育調控機制如何？是否會對斑石鯛攝食習性及消化系統功能產生影響？為探索斑石鯛喙狀齒的形成機制，指導斑石鯛工廠化養殖精準投喂、合理開發誘食劑，研究人員開展了此項研究。  

　　科研人員綜合采用形態解剖、掃描電鏡以及microCT 3D掃描成像等技術多角度系統研究了斑石鯛愈合型喙狀齒的發生發育特征，首次發現斑石鯛的愈合齒呈“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生發育關鍵時間節點（28dph初代齒萌發；40dph替換齒出現，頜齒開始愈合；45dph開始硬骨化；50dph喙狀愈合齒完成）（圖2）。此外，基于基因組學和轉錄組學等多組學聯合分析，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育密切相關的關鍵基因及關鍵調控通路（Wnt、BMP、FGF、SHH），在斑石鯛頜齒愈合前、愈合中和愈合后協同調控頜齒上皮與間充質相互作用，促進成釉細胞及成牙本質細胞的持續增殖和分化（圖3）。此外，研究還發現Vd代謝及鈣積累密切相關的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，進而調控斑石鯛頜齒牙胚內細胞分化以及牙釉質和牙本質礦化，為喙狀齒的愈合和發育提供鈣質基礎。該研究豐富了魚類牙齒發生發育理論及調控機制研究，為更好地理解生物頜齒的適應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 斑石鯛愈合齒發生發育調控機制

　　中國科學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計劃、國家自然科學基金、中國科學院海洋大科學研究中心重點部署項目（前沿交叉類）和現代農業產業技術體系國家海水魚體系等項目聯合資助。  

　　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