通过对滑鞋龙虾（Thenus australiensis）神经肽组的计算机模拟分析，利用多组织转录组学技术发现其生殖组织中肽类激素具有独特的富集现象

《Gene Reports》：In silico analysis of the slipper lobster ( Thenus australiensis) neuropeptidome reveals unique enrichment of peptide hormones in reproductive tissues using multi-tissue transcriptomics

　　滑步龙虾（Thenus australiensis）首个多组织转录组测序显示其神经肽家族（如allatostatin、CHH、insulin-like肽）在生殖组织（卵巢、睾丸）及神经内分泌组织（眼柄、脑）中高度表达，为水产生物技术应用提供分子基础。

　　本文主要探讨了澳大利亚南岸 Slipper 螃蟹 *Thenus australiensis* 的神经肽组及其在不同组织中的表达模式。这项研究通过高通量测序技术，构建了该物种的首个多组织转录组库，为后续的功能性研究和水产养殖生物技术应用奠定了基础。文中详细描述了神经肽在不同组织中的分布情况，并分析了它们可能在生殖调控中的作用。

### 1. 研究背景与意义

*Thenus australiensis* 是一种重要的商业滑螯蟹，近年来因其潜在的水产养殖价值而受到关注。尽管已有研究探讨了其营养需求及分子生物学工具的应用，但关于其神经肽信号分子的研究仍属空白。神经肽是节肢动物生理调节的重要组成部分，参与多种功能，包括生殖、代谢、生长、蜕皮等。然而，目前对 *T. australiensis* 的神经肽了解有限，限制了其在水产养殖领域的应用。

此外，已有研究表明，在某些节肢动物中，神经肽不仅在中枢神经系统中表达，还可能在非神经组织中发挥作用，如性腺、肝胰腺等。这种非典型表达模式提示，性腺等生殖组织可能具有内分泌功能，从而对生殖过程产生重要影响。因此，了解 *T. australiensis* 的神经肽组及其在生殖组织中的表达情况，对于探索其生殖调控机制、优化养殖技术具有重要意义。

### 2. 研究方法与技术手段

研究采用了多种现代生物技术手段，包括高通量测序、转录组组装与定量分析、以及基于数据库的神经肽识别与注释。研究人员从 *T. australiensis* 的不同组织中提取了 RNA，并利用 Illumina HiSeq2500 平台进行了 PE150 测序，共获得 38 个组织样本的转录组数据。这些样本包括眼柄、脑、睾丸、卵巢、肝胰腺、心脏、胃、第三和第五步行足区域、肌肉等。

在转录组分析过程中，研究团队构建了一个内部的 Nextflow 管道，用于质量控制、组装和定量分析。该管道整合了 fastp、SortMeRNA、Trinity、rnaSPAdes、EvidentialGene 等工具，确保了数据的高质量和可靠性。通过 BUSCO 和 rnaQUAST 进行转录组完整性评估，结果显示转录组的完整性达到 99.6%。这些高质量的转录组数据为后续的神经肽识别和表达模式分析提供了坚实的基础。

为了识别神经肽，研究团队利用 NCBI Blast 对比了 *T. australiensis* 的转录组与 *Panulirus ornatus* 等相关物种的已知神经肽数据库。此外，还通过 ExPASy 蛋白质服务器对预测的开放阅读框（ORF）进行了翻译，并使用 SMART 和 NCBI Blast 对氨基酸序列进行了功能预测和保守性分析。通过 Neuropred 和 SignalP 工具，研究人员进一步确定了神经肽前体的切割位点和信号肽，为后续的功能性研究提供了重要的信息。

### 3. 神经肽家族的识别与分析

研究重点分析了 *T. australiensis* 中的三种主要神经肽家族：allatostatin（Ast）、crustacean hyperglycaemic hormone（CHH）以及 insulin-like peptides（ILP）。通过多序列比对和系统发育分析，研究人员确认了这些神经肽家族在 *T. australiensis* 中的成员及其结构特征。

在 allatostatin 家族中，研究人员识别了 Ast-A、Ast-B、Ast-C、Ast-CC 和 Ast-CCC 五种不同的前体。其中，Ast-A、Ast-B 和 Ast-CC 在 *T. australiensis* 和 *P. ornatus* 中形成了一个紧密的系统发育簇，而 Ast-C 则更接近于虾和螃蟹，这表明其在进化过程中可能经历了不同的分化路径。Ast-CCC 与 lobster 和 crayfish 的 Ast-C 前体形成一个单系群，但未与 *P. ornatus* 形成单一的系统发育簇，这可能反映了其独特的功能和表达模式。

对于 CHH 超家族，研究人员发现了六种不同的 CHH 前体，其中四种属于类型 1，两种属于类型 2。类型 1 的 CHH 前体主要负责糖代谢调节，而类型 2 的 CHH（如 MIH 和 GIH）则在蜕皮和生殖调控中起关键作用。通过系统发育分析，研究人员发现 *T. australiensis* 的 CHH 前体与 *P. ornatus* 有较高的相似性，但 *Ta-CHH2* 在进化树上显示出一定的分化趋势，这可能与其特殊的生理功能有关。

在 ILP 家族中，研究人员识别了 ILP1、ILP2、ILP3 和 IAG 四种前体。这些 ILP 前体的结构与已知的节肢动物 ILP 有高度相似性，包含经典的信号肽、B 链和 A 链结构。通过系统发育分析，研究人员发现 *T. australiensis* 的 ILP 前体在进化树上与 *P. ornatus* 等近缘物种形成了紧密的簇，但 ILP2 和 IAG 的系统发育关系较为模糊，这可能意味着它们在不同物种中具有不同的调控机制。

### 4. 神经肽在不同组织中的表达模式

通过 DESeq2 分析，研究人员发现 *T. australiensis* 的神经肽前体在眼柄和脑中表达最为丰富，这与已知的节肢动物神经肽表达模式一致。然而，令人惊讶的是，某些神经肽前体在睾丸和卵巢中也表现出显著的表达。这一发现提示，性腺等生殖组织可能在神经肽的合成和调控中扮演重要角色。

具体而言，Ast-CC、CFSH、CCHamide 1、CHH3、corazonin、elevenin、ILP1、ILP2 和 WxxxRamide 等神经肽前体在睾丸中表现出较高的表达水平。其中，Ast-CC 的高表达可能与抑制甲基法尼酯（MF）的合成有关，而 MF 在其他节肢动物中与雄性生殖行为和精子生成密切相关。此外，corazonin 在睾丸中的高表达可能暗示其对雄性生殖的调控作用，尽管其在其他物种中的功能尚不明确。

在卵巢中，Adipokinetic hormone/corazonin-related peptide（ACP）表现出较高的表达水平。ACP 在某些节肢动物中已被证实能够抑制卵母细胞的增殖，其在 *T. australiensis* 卵巢中的高表达可能意味着其在生殖调控中的重要角色。然而，ACP 在卵巢中的具体功能仍需进一步研究。

### 5. 神经肽的潜在功能与应用前景

神经肽在节肢动物的生理调控中具有重要作用，尤其是在生殖过程中。例如，Ast-C 和 Ast-CC 被认为可能在抑制 MF 合成方面发挥作用，而 MF 在其他节肢动物中与雄性生殖行为和精子生成密切相关。此外，corazonin 在某些节肢动物中已被证实具有抑制雄性生殖的功能，这为 *T. australiensis* 的生殖调控研究提供了新的思路。

IAG 在 *Macrobrachium rosenbergii* 中已被成功用于生成单性种群，这表明其在节肢动物生殖调控中的潜力。在 *T. australiensis* 中，IAG 在第五步行足区域（雄性性腺）中表现出高表达，这可能意味着其在雄性生殖发育中的重要作用。然而，IAG 在 *T. australiensis* 中的具体功能仍需进一步验证。

此外，ILP1 在 *T. australiensis* 的睾丸中表现出高表达，这可能意味着其在雄性生殖调控中的潜在作用。ILP1 在某些节肢动物中已被证实能够促进卵黄生成，这提示其可能在雄性生殖过程中也具有类似的功能。然而，其在 *T. australiensis* 中的具体作用仍需进一步研究。

### 6. 研究的意义与未来方向

本研究首次构建了 *T. australiensis* 的多组织转录组库，并对其神经肽组进行了系统的识别和表达模式分析。这一成果不仅填补了该物种在神经肽研究方面的空白，也为水产养殖生物技术的发展提供了新的方向。通过了解神经肽在不同组织中的表达情况，研究人员可以进一步探索其在生殖调控中的作用，并利用 RNA 干扰等技术进行功能验证。

此外，本研究揭示了性腺等非神经组织在神经肽合成中的重要性，这为理解节肢动物的内分泌调控机制提供了新的视角。未来的研究可以进一步探索这些神经肽在不同发育阶段的功能变化，以及它们在雄性和雌性中的表达差异。这不仅有助于揭示 *T. australiensis* 的生殖调控机制，也为其他节肢动物的神经肽研究提供了参考。

### 7. 研究团队与合作

本研究由 Thomas M. Banks、Susan Glendinning、Courtney Lewis、Avani Bhojwani、Quinn P. Fitzgibbon、Gregory G. Smith 和 Tomer Ventura 共同完成。研究团队在数据处理、神经肽识别、系统发育分析等方面做出了重要贡献。他们的工作不仅推动了 *T. australiensis* 的基因组研究，也为节肢动物神经肽领域的整体发展提供了支持。

### 8. 总结

本研究通过多组织转录组分析，揭示了 *T. australiensis* 的神经肽组及其在不同组织中的表达模式。这些神经肽可能在生殖调控、代谢、生长、蜕皮等生理过程中发挥重要作用。研究团队通过系统发育分析、功能预测和表达模式研究，为后续的神经肽功能验证和水产养殖生物技术开发奠定了基础。未来的研究可以进一步探索这些神经肽在雄性和雌性中的具体作用，并利用分子生物学技术进行更深入的功能分析。