中华绒螯蟹(Eriocheir sinensis)，俗称河蟹，是中国重要经济水产。因肉质鲜美，营养丰富，市场需求巨大，销量逐年递增。随着河蟹的大规模、集约化养殖，一些在实际生产中出现的问题亟待解决，如幼蟹育成率低、性早熟、抱卵率下降等。因此，对其生长、发育和繁殖等方面的调控机制研究显得尤为重要。
　　随着高通量测序技术的快速发展，在分子水平上研究生物调控已成为主流。利用分子生物学手段，大量与河蟹生长发育相关的基因和蛋白相继被鉴定，推动了该研究领域的发展。后基因组学时代的来临，也积累了大量组学数据，如何处理这些数据?如何探究组学数据背后所表达的含义?是科研工作者努力的新方向。生物信息学，就是利用这些数据，从生物系统性和整体性的角度，来探寻数据背后生命活动的意义。
　　本研究利用中华绒螯蟹转录组数据，通过筛选、去除冗余，与网络代谢反应数据库相结合，首次构建了河蟹眼柄、Y器官和肝胰腺三个器官的基因组尺度代谢网络模型。随后，结合网络拓扑特征，分析结构和功能之间的关系，发现各器官的主要代谢通路和特征代谢通路。通过对去除眼柄、注射5.羟色胺(5-hydroxytryptamine，5-HT)和葡萄糖的对照组实验，进行差异基因表达分析，探究眼柄、5-HT和葡萄糖对上述器官代谢反应的影响。获得了一系列河蟹生长、蜕皮、关键物质合成代谢和营养运输等方面密切相关的蛋白和代谢反应及通路。为从整体的角度研究水生生物的代谢活动提供了新的思路。主要研究成果如下:
　　(1)在中华绒螯蟹眼柄转录组测序基础上重构了基因组尺度代谢网络模型，通过填补网络断口、补充运输交换反应、添加合成非必需氨基酸的反应等过程加以修正。模型包含1304个代谢反应，1381个基因，在100个途径中共有1243个代谢物。功能模块分析表明，眼柄是中华绒螯蟹内分泌系统的调控中心，在氨基酸、碳水化合物和核苷酸代谢中起主要调控作用。差异基因表达分析中，注射5二羟色胺和葡萄糖的实验组网络模型中共有135个反应对应的基因发生表达变化，推测5-HT可能通过改变差异表达反应来影响核心反应的代谢活动，从而影响眼柄的功能。
　　(2)重构的Y器官基因组尺度代谢网络模型中，共包含1477个代谢反应，1877个基因，在100个途径中共有1408个代谢物，分布在11个子系统中。功能模块和中心度分析表明，Y器官存在蜕皮甾酮的合成路径和合成重要氨基酸的代谢通路。对摘除眼柄后的Y器官转录组基因差异表达显示，构建的网络模型中有191个反应对应的基因表达上调，283个下调。其中合成蜕皮甾酮的通路相关基因，整体呈上调表达，结果与摘除眼柄后蜕皮激素分泌增加的报道一致。
　　(3)河蟹肝胰腺基因组尺度代谢网络模型共包含1471个代谢反应，1882个基因，在101个途径中共有1400个代谢物。功能模块表明构建的网络中存在肝胰腺脂质代谢、氨基酸代谢等与之功能相匹配的代谢通路。去除眼柄肝胰腺差异基因分析表明，对脂质代谢通路影响最大，共有66个相关基因表达发生变化，结果与肝胰腺具有的营养物质吸收、储存和利用的功能相一致。
　　(4)通过对构建的河蟹眼柄、Y器官和肝胰腺网络模型中的代谢反应的比较，共发现三个器官重复的反应1182个，表明其中包含的大部分反应都是完成基本代谢的基础反应。其中，最主要的代谢子系统为，氨基酸代谢，糖代谢，脂质代谢和核苷酸代谢。在氨基酸代谢中，酪氨酸代谢、精氨酸代谢、脯氨酸代谢和半胱氨酸代谢等占据了大部分代谢反应。糖类谢中，糖酵解代谢、磷酸肌醇代谢和TCA循环代谢过程为主要通路。脂质代谢中，甘油磷酸酯代谢、神经鞘脂代谢、花生四稀酸代谢反应数超过了一半。核苷酸代谢子系统中则全部为嘌呤和嘧啶的代谢反应。
　　三个网络模型中特有的代谢反应共计76个，(眼柄包含22个、Y器官包含36个、肝胰腺包含18个)，涉及32个不同的代谢途径。其中还发现了包括胆碱、卵磷脂、5.羟色胺、谷胱甘肽、唾液酸等涉及河蟹内分泌和激素调控以及神经传导等完成重要生理功能代谢物的反应及通路。