红沼螯虾(Procambarus clarkii)是一种原产于北美的淡水甲壳类动物,现已广泛分布于全球(Souty-Grosset等,2016)。这种螯虾易于获取且营养价值高,成为世界各地许多社区的重要食物来源,并且越来越被认为具有重要的经济价值(Chen等,2024;Oficialdegui等,2020)。因此,针对关键性状(尤其是体型)进行系统的选择性育种对于提高螯虾养殖的质量、生产力和可持续性至关重要。培育改良品种是水产养殖的重要组成部分,这从根本上依赖于对性状形成分子机制的基础研究以及相关分子标记的开发。作为具有经济重要性的淡水物种,P. clarkii需要深入阐明其形态发育的分子机制并开发分子标记,因为这些知识对于选择培育优良品系至关重要。
Hox基因是研究最广泛的同源框基因类群,在真核生物中普遍存在,通常呈簇状染色体排列(Mark等,1997)。大量研究表明,Hox基因在胚胎发育、细胞分化、身体模式形成和器官发生中起着关键的调控作用(Chen等,2023;Pai和Sukumar,2020;Howard和Uribe,2022;Mallo,2018;Argiropoulos和Humphries,2007;Mallo等,2010)。Hox基因选择性地调控下游目标基因的表达,从而决定特定器官和身体结构的形成和功能(Pinto等,2024)。Pultz等(1988)在果蝇(Drosophila melanogaster)的pb基因中诱导突变,观察到下颚在发育过程中转化为肢节。Hu等(2019)使用RNA干扰破坏了Onthophagus taurus中的Scr基因,发现第一胸节突起消失,并形成一对完全发育的异位翅膀。Zhang等(2021)证明,在Harmonia axyridis中敲低Abd-B基因会导致背刺退化以及蛹附着于基质的障碍。Liu等(2020)通过抑制和过表达操纵Nilaparvata lugens中的Ubx基因表达,发现这两种改变均显著影响前翅长度。在蚕(Bombyx mori)中,Pb和Scr基因的突变分别导致下颚和上颚的同源转化(Zhang等,2020),而Antp基因的突变与成虫翅膀的形态异常有关(Fang等,2022a,Fang等,2022b)。总体而言,这些发现表明Hox基因转录活性的精确调控能够准确控制形态模式,为理解生物体发育和进化多样性提供了关键见解。
单核苷酸多态性(SNP)标记代表了第三代分子标记技术。SNP以共显性方式遗传,具有高密度、全基因组覆盖率和强的遗传稳定性,为研究应用提供了全面可靠的遗传信息。这些特性使SNP成为分子遗传学研究中的重要工具。许多研究已在水生物种的关键基因中识别出与生长性能和疾病抗性等经济重要性状显著相关的功能性SNP。尽管Hox基因是调控生物体生长和形态发育的关键基因家族,但使用分子标记研究它们与水生物种生长和形态相关性状之间的关联仍有限。
先前关于P. clarkii中Hox基因表达的研究显示,abd-A、Antp和Ubx基因从 Zoaea幼虫阶段到第五龄期后幼体阶段都保持高水平表达,且在成体肌肉组织中也有显著表达(Wei等,2025)。这种表达模式表明,这三个Hox基因可能调控P. clarkii的生长和形态发育。因此,本研究在幼体螯虾中进行了abd-A、Antp和Ubx的RNA干扰(RNAi)敲低,以阐明它们在早期发育阶段的功能作用。同时,系统地筛选了abd-A、Antp和Ubx基因中的SNP位点,并分析了这些多态位点与生长和形态相关性状之间的关联,以识别潜在的育种应用分子标记。