Der Oplegnathus punctatus (O. punctatus) ist eine wirtschaftlich bedeutende Meeresaquakulturart. Es besitzt einen ausgeprägten schnabelartigen Zahnphänotyp, der es ihm ermöglicht, sich von hartschaligen Nahrungsmitteln wie Austern und Seeigeln zu ernähren.
Die Kieferzähne von O. punctatus sind mit den Ober- und Unterkieferknochen verwachsen und bilden eine robuste papageienartige, schnabelförmige Zahnstruktur, wobei die Lücken zwischen den Zähnen mit verkalktem Material gefüllt sind. Ihre schnabelartigen Heilzähne sind eine besondere Art von Kieferzähnen, die nach Abnutzung nachwachsen können.
Wie sind diese einzigartigen schnabelartigen Zähne angeordnet und verwachsen? Welche regulatorischen Mechanismen stecken hinter ihrer Entstehung? Nun berichtete ein Forschungsteam unter der Leitung von Prof. Li Jun vom Institut für Ozeanologie der Chinesischen Akademie der Wissenschaften (IOCAS) über seine neuesten Erkenntnisse zum Entwicklungsmuster und zum kontinuierlichen Mechanismus der Ersatzregulierung der schnabelartigen Zähne bei O. punctatus. Die Studie wurde im veröffentlicht Internationale Zeitschrift für biologische Makromoleküle.
Die Forscher untersuchten systematisch die Entwicklungsmerkmale der heilenden, schnabelartigen Zähne bei O. punctatus. Zum ersten Mal wurde ein „verschachteltes“ Anordnungsmuster heilender Zähne bei O. punctatus mit einer Zahnformel entdeckt (4, 15–16, 10–1). Die wichtigsten Entwicklungszeitpunkte der schnabelartigen Zähne wurden bestimmt (28 dph, Beginn der Milchzahnkeimung; 40 dph, Auftreten von Ersatzzähnen und Beginn der Zahnfusion; 45 dph, Beginn der Verknöcherung; 50 dph, Abschluss der Heilung). .
Darüber hinaus wurden insgesamt 11 Schlüsselgene (bmp2, bmpr2, smad1, wnt5a, msx, axin2, fgfr1a, fgfr2, pitx2, ptch1, cyp27a1) identifiziert, die eng mit der Entwicklung der schnabelartigen Zähne verbunden sind, zusammen mit entscheidenden regulatorischen Signalwegen (Wnt, BMP, FGF, SHH).
Diese Gene und Signalwege regulieren gemeinsam die Interaktion zwischen Zahnepithel und Mesenchym während der Präfusions-, Fusions- und Postfusionsphase der Zahnfusion und fördern so die nachhaltige Proliferation und Differenzierung von schmelzbildenden Zellen und Odontoblasten.
Die Forscher fanden heraus, dass das cyp27a1-Gen, das eng mit dem Vitamin-D-Stoffwechsel und der Kalziumansammlung verbunden ist, im Oberkieferknochen und an der Basis der schnabelartigen Zähne von O. punctatus lokalisiert ist.
„Während der schnellen Heilungsphase der Zähne beschleunigt es deren Expression, fördert den Vitamin-D-Stoffwechsel und reguliert dadurch die Zelldifferenzierung innerhalb der Zahnknospen sowie die Mineralisierung von Zahnschmelz und Dentin in den Zähnen von O. punctatus. Dies sorgt für eine Kalziumgrundlage für die Heilung und Entwicklung schnabelartiger Zähne“, sagte Yuting Ma, Erstautor der Studie.
„Die Studie enthüllt die regulatorischen Mechanismen der Entwicklung schnabelartiger, heilender Zähne“, sagte Dr. Xiao Yongshuang, korrespondierender Autor der Studie. „Es bietet ein neues Modell für ein tieferes Verständnis der Zahnentwicklung und der adaptiven Evolution von Fischen.“
Mehr Informationen:
Yuting Ma et al., Morphologische Eigenschaften des schnabelartigen Zahns im gefleckten Messerkiefer (Oplegnathus punctatus) und Mechanismen der Regulierung der Zahnentwicklung durch die Wnt-, BMP-, FGF- und SHH-Signalwege, Internationale Zeitschrift für biologische Makromoleküle (2023). DOI: 10.1016/j.ijbiomac.2023.126188