享用鱼肉时，你是否曾被细小、尖锐的鱼刺困扰，甚至担心被卡喉？对于亚洲主要的淡水养殖鱼类——鲤科鱼类而言，肌间刺（Intermuscular bones, IBs）的存在是一个普遍而棘手的问题。这些分布在肌肉中的小骨刺，不仅增加了食用时挑刺的麻烦，也存在安全隐患，限制了其市场接受度和产业发展。长江特有经济鱼类铜鱼（Coreius heterodon）肉质鲜美、营养丰富，但其体内多达约159根的肌间刺，成为了其规模化养殖和消费推广的“阿喀琉斯之踵”。近年来，科学家们发现runt相关转录因子2b（runx2b）基因是调控鱼类肌间刺形成的关键开关。那么，能否通过精准操控这个基因，为铜鱼“剔骨”，培育出无刺新品种呢？最近发表在《Aquaculture Reports》上的一项研究给出了令人振奋的答案。
为了回答这个问题，研究团队首先系统描绘了铜鱼肌间刺的“画像”，明确了其数量、形态和分布特征。随后，他们鉴定了铜鱼的runx2b基因，并对其在20种有刺和无刺鱼类中进行了进化选择压力分析，寻找可能与肌间刺性状相关的关键氨基酸位点。研究还追踪了肌间刺在铜鱼幼体发育过程中的骨化进程及其时空规律。最关键的一步，研究人员利用CRISPR/Cas9基因编辑技术，在铜鱼受精卵中靶向敲除了runx2b基因，旨在创制无肌间刺的突变个体。研究所用的成年铜鱼亲本来自水利部中国科学院水工程生态研究所，繁殖和培育在位于中国科学院水生生物研究所的国家水生生物种质资源库进行。
3.1. 铜鱼肌间刺的形态与高数量
研究人员通过解剖染色发现，铜鱼仅具有背间肌骨（epineurals）和腹间肌骨（epipleurals）两种类型的肌间刺，其形态可进一步分为非分叉（I）形、“（”形、一端不等二分叉（卜）形、一端等二分叉（Y）形、一端多分叉和两端二分叉共六种形状。统计显示，铜鱼平均拥有159根肌间刺，显著高于此前报道的其他鲤科鱼类（如草鱼118根、团头鲂119根），推测这可能与其栖息于长江干流急流环境，需要更高密度的骨化肌腱来高效传导肌肉力量、适应快速游泳有关。
3.2. runx2b基因的鉴定与分子特征
研究成功克隆了铜鱼runx2b基因的全长cDNA，其编码的Runx2b蛋白包含三个转录激活域（AD1-AD3）、一个DNA结合域（Runt同源域，RHD）和一个抑制域（RD）。对20种鱼类的Runx2b进行进化分析和选择压力检测发现，所有鱼类（无论有刺与否）均存在runx2b基因，但有刺鱼类与无刺鱼类的Runx2b蛋白在系统进化树上形成独立分支。更重要的是，选择压力分析显示，第17位氨基酸位点受到了正选择，并且该位点在有刺鱼类中完全保守为缬氨酸（V17），而在无刺鱼类中则为丝氨酸（S17）。此外，还有另外五个氨基酸位点（47, 98, 223, 243, 395）在两类鱼类中呈现一致的变异。
3.3. 肌间刺骨化过程及runx2b的差异表达水平
通过茜素红S染色和多种组织学染色（阿利新蓝-核红、苏木精-伊红、马松、甲苯胺蓝）追踪发现，铜鱼的其他骨骼在9日龄前从头至尾逐步骨化，而肌间刺则于11日龄（孵化后天数，dph）才开始在尾部区域（约第49椎骨处）骨化，并呈现从后向前发展的独特模式，至24日龄时所有肌间刺完成骨化。与此相呼应，runx2b基因的表达量（通过qRT-PCR检测）在肌间刺骨化期间（5至24 dph）逐渐升高，并在原位杂交中显示其在胚胎发育早期即有表达，随后在出膜阶段信号向头部区域集中。
3.4. 敲除runx2b导致F0代个体肌间刺部分/完全缺失
为验证runx2b的功能，研究团队利用CRISPR/Cas9技术，针对runx2b基因第一外显子（该区域编码RHD域）设计并注射了向导RNA（gRNA）和Cas9蛋白，对铜鱼受精卵进行基因编辑。在孵化得到的F0代个体中，突变效率约为62.5%。对150日龄的突变体进行茜素红S染色和基因型分析发现，与野生型相比，部分F0代个体出现了肌间刺完全缺失（突变率100%）或部分缺失（突变率14.3%至81.25%）的表型。这直接证明了runx2b基因对于铜鱼肌间刺的形成至关重要，其功能失活能够快速产生无肌间刺的突变体。
研究结论与重要意义
本研究首次系统表征了铜鱼肌间刺的高数量特征，揭示了其runx2b基因的关键分子特性及在肌间刺骨化过程中的动态表达规律。尤为重要的是，研究团队成功运用CRISPR/Cas9基因编辑技术，在铜鱼F0代就获得了肌间刺完全缺失或减少的runx2b突变个体，实现了“快速剔骨”的目标。这项工作不仅为未来培育稳定遗传的无肌间刺铜鱼新品种奠定了坚实的理论与材料基础，更展示了一种高效、省时的育种新策略。相较于铜鱼长达4-5年的性成熟周期，传统选育方法难以应对，而基因编辑技术能够精准靶向关键基因，在短期内创制目标性状，显示出巨大的应用潜力。这项研究也为其他具有重要经济价值但受肌间刺问题困扰的水产养殖物种（如多种鲤科鱼类）的遗传改良提供了可借鉴的范例。尽管研究在F0代取得了成功，但讨论部分也指出，runx2b作为骨骼发育的关键转录因子，其纯合突变是否会影响个体的整体骨骼发育和其他生理机能尚需在后续世代（如F2代）中进一步验证。此外，肌间刺被认为可能参与支持肌肉和辅助游泳，无肌间刺铜鱼是否仍能保持其优良的游泳性能，其生长、肌肉营养成分会否变化，也是未来需要重点评估的方向。总之，该研究是水产遗传育种领域一项重要的概念验证和前沿探索，将分子生物学、进化生物学与基因编辑技术相结合，为解决产业痛点、满足消费者需求、推动水产养殖业高质量发展开辟了新的路径。
