国内爪蟾实验室介绍Xenopus labs in China

近年来，国内越来越多的高校与科研院所将非洲爪蟾（Xenopus laevis）或热带爪蟾（X. tropicalis）作为核心模式系统开展研究。爪蟾胚胎透明、基因操作便捷、生理系统高度保守，是连接分子生物学与整体动物水平实验的理想平台。以下从研究方向和代表性团队两个维度进行介绍，基于公开资料和发表文献整理。An increasing number of Chinese universities and research institutes have adopted Xenopus laevis or X. tropicalis as a core model system. Transparent embryos, convenient genetic manipulation and highly conserved physiology make Xenopus an ideal bridge between molecular and whole-animal experiments. Below we introduce domestic research directions and representative labs, compiled from public literature.

主要研究方向Main research directions

① 植物离子通道与转运蛋白① Plant ion channels & transporters

农业与植物科学领域是国内爪蟾应用最广的方向。研究者将 HKT、MATE、ABC、NRT、PIP 等植物膜蛋白的 cRNA 注射入卵母细胞，借助双电极电压钳（TEVC）或放射性同位素流量测定，精确量化离子/溶质转运特性，以解析盐胁迫耐受、氮磷营养吸收及农药经植物体内的转运机制。Plant membrane proteins (HKT, MATE, ABC, NRT, PIP aquaporins) are expressed in oocytes; TEVC or radioisotope flux assays quantify transport kinetics to decode salt-stress tolerance, N/P nutrition and pesticide uptake.

② 神经受体与离子通道电生理② Neural receptors & channel electrophysiology

以医学院校与脑科学机构为主，主要研究 NMDA 受体（GluN 亚型）、GABA_A 受体、TRP 通道、K⁺/Ca²⁺ 通道的门控机制、结构基础与药物调控。爪蟾卵母细胞低背景电流与大体积特性使其成为电生理表征的金标准异源表达系统。Medical schools and brain-science institutes study gating, structure and pharmacology of NMDA receptors, GABA_A receptors, TRP channels and K⁺/Ca²⁺ channels. Low endogenous currents and large oocyte volume make it the gold-standard heterologous expression system.

③ 早期发育与信号通路③ Early development & signaling

利用爪蟾胚胎研究母源决定子、Wnt/β-catenin、TGF-β 信号，以及染色质三维结构在胚胎发育中的动态调控。Morpholino 反义寡核苷酸与 mRNA 显微注射结合，实现快速基因功能丧失与获得分析，周期远短于基因敲除小鼠。Embryos are used to study maternal determinants, Wnt/β-catenin, TGF-β signaling and 3D chromatin dynamics. Morpholino knockdown combined with mRNA rescue enables rapid loss- and gain-of-function, far faster than mouse knockouts.

④ 环境与发育毒理④ Environmental & developmental toxicology

爪蟾是 FETAX（胚胎致畸实验）和 XETA（甲状腺干扰实验）的国际标准试验动物。国内研究涵盖农药、双酚类、内分泌干扰物、纳米材料、微塑料及重金属对脊椎动物早期发育的毒性评价，并建立两栖类生态毒理学评价模型。Xenopus is the standard organism for FETAX and XETA assays. Domestic studies assess pesticides, bisphenols, EDCs, nanomaterials, microplastics and heavy metals on early vertebrate development.

⑤ 昆虫嗅觉 / 信息素受体⑤ Insect olfactory & pheromone receptors

植保与昆虫学领域采用爪蟾卵母细胞表达昆虫气味结合蛋白（OBPs）和嗅觉受体（ORs），借助电生理或放射性配体结合实验鉴定受体功能，为农药靶标发现与害虫行为调控提供分子基础。Agricultural entomology labs express insect OBPs and ORs in oocytes to functionally characterize receptors — providing molecular targets for pest management.

⑥ 结构生物学、基因组学与表观遗传⑥ Structural biology, genomics & epigenetics

爪蟾卵母细胞可大量翻译外源 mRNA，为膜蛋白结构研究提供天然脂质环境样品。热带爪蟾（二倍体）还被用于基因组三维拓扑结构研究以及表观遗传修饰（H3K4me3 等）在发育与物种形成中的功能解析。Oocytes translate large quantities of exogenous mRNA for structural studies in native lipid environment. The diploid X. tropicalis is also used to study 3D genome topology and epigenetic marks in development and speciation.

代表性研究团队Representative research groups

以下基于公开资料整理，未涵盖全部利用爪蟾开展研究的国内实验室。Compiled from publicly available information; does not cover all domestic labs using Xenopus.

1. 施一公实验室 · 西湖大学Shi Yigong lab · Westlake University

聚焦结构生物学与疾病机制研究，利用爪蟾卵母细胞表达系统解析膜蛋白（离子通道、神经递质受体）的三维结构及功能特性。爪蟾卵母细胞高效的异源蛋白表达能力与易于电生理记录的特点，被用于研究神经递质受体、药物靶点蛋白的分子机制。Structural biology and disease mechanisms; oocyte expression system for 3D structure and function of ion channels and neurotransmitter receptors as drug targets.

2. 陈永龙实验室 · 南方科技大学 / 中国科学院再生生物学实验室Chen Yonglong lab · SUSTech / CAS

以热带爪蟾（X. tropicalis）为模型，研究基因组三维结构的动态变化及其调控机制。结合三代测序与 Hi-C 技术重新组装了热带爪蟾基因组，揭示染色质拓扑结构域（TAD）在胚胎发育中的动态建立过程。研究发现转录并非 TAD 形成的必要条件，染色质重塑复合体 ISWI 中的 SNF2H ATPase 对 CTCF 结合和 TAD 结构至关重要；同时发现爪蟾精子中缺乏 TAD 结构，为研究染色质调控的进化机制提供了新视角。Uses X. tropicalis to study 3D genome dynamics; revealed TAD establishment during embryogenesis, the role of SNF2H ATPase in CTCF binding, and absence of TADs in sperm.

3. 毛炳宇实验室 · 中国科学院昆明动物研究所Mao Bingyu lab · KIZ, CAS

研究爪蟾胚胎早期神经系统特化机制，尤其是背腹轴形成和神经管发育的分子调控。通过显微注射反义吗啉寡核苷酸（MO）敲低目标基因，结合原位杂交技术解析神经嵴细胞迁移与分化的调控网络。Early neural specification and dorsoventral axis; Morpholino knockdown and in situ hybridization to map neural crest migration and differentiation networks.

4. 沈万华实验室 · 杭州师范大学Shen Wanhua lab · Hangzhou Normal University

利用爪蟾胚胎透明特性，研究突触发育的动态过程及神经环路形成的分子机制。通过药物筛选模型评估表观遗传机制对胚胎发育和神经环路功能的影响，建立突触可塑性的评价体系。Exploits transparent embryos to study synaptogenesis and neural circuit formation; drug screening models for epigenetic effects on synaptic plasticity.

5. 蒋争凡实验室 · 北京大学Jiang Zhengfan lab · Peking University

关注天然免疫信号通路（如 cGAS-STING）在爪蟾胚胎发育中的调控作用，结合基因编辑技术研究免疫相关基因对胚胎细胞凋亡和增殖的影响，探索其在抗病毒反应与肿瘤发生中的保守机制。Innate immune signaling (cGAS-STING) in embryonic development; gene editing to study immune-gene roles in apoptosis, proliferation and conserved antiviral/tumor mechanisms.

6. 曹萤实验室 · 南京大学模式动物研究所Cao Ying lab · Nanjing University

以热带爪蟾（X. tropicalis）为主要模型，建立遗传突变体库，研究基因剂量效应对胚胎发育（原肠运动、器官形成）的影响，结合高通量测序技术解析二倍体爪蟾在功能基因组学中的优势。同时通过暴露实验评估环境污染物（农药、工业化学品）的发育毒性，结合表型分析（发育延迟、形态异常）和分子标记（凋亡基因、氧化应激）揭示毒性机制，探索潜在生物标志物。Maintains a X. tropicalis genetic mutant library for functional genomics; also evaluates developmental toxicity of environmental pollutants using phenotypic and molecular endpoints.

7. 胡兵实验室 · 中国科学技术大学Hu Bing lab · USTC

利用爪蟾卵母细胞研究离子通道（尤其是 TRP 通道）的生理功能与药理学特性，通过电生理记录技术筛选天然毒素或合成化合物对通道活性的调控作用，为疼痛和神经退行性疾病药物开发提供依据。Oocyte electrophysiology of TRP channels; screens natural toxins and synthetic compounds for channel modulation relevant to pain and neurodegeneration.

8. 刘缨实验室 · 中国科学院生物物理研究所Liu Ying lab · IBP, CAS

研究爪蟾胚胎细胞周期调控与染色质动态变化，结合活体成像技术观察早期胚胎分裂过程中细胞骨架的重构机制，探索表观遗传修饰（如组蛋白乙酰化）对发育时序的调控。Cell cycle regulation and chromatin dynamics in embryos; live imaging of cytoskeletal remodeling during early cleavage; histone acetylation and developmental timing.

9. 秦占芬实验室 · 中国科学院生态环境研究中心Qin Zhanfen lab · RCEES, CAS

评估环境污染物（内分泌干扰物、微塑料等）对爪蟾胚胎发育的毒性效应，建立生态毒理学评价模型。通过表型分析（畸形率、运动能力）和分子标记检测（氧化应激基因）揭示污染物的作用机制，推动 FETAX/XETA 标准的国内应用。Ecotoxicology of endocrine disruptors and microplastics on Xenopus embryos; develops FETAX/XETA-based evaluation models using phenotypic and gene-expression endpoints.

10. 丁小燕实验室 · 中国科学院上海生物细胞研究所Ding Xiaoyan lab · SIBCB, CAS

研究 TGF-β 和 Wnt 信号通路在爪蟾胚胎背部化与肿瘤发生中的双重作用，利用胚胎显微注射技术筛选小分子抑制剂，并验证其对哺乳动物肿瘤细胞迁移的抑制作用。Dual roles of TGF-β and Wnt signaling in embryo dorsalization and tumorigenesis; embryo-based screen for small-molecule inhibitors of tumor cell migration.

11. 罗素兰实验室 · 海南大学生命科学与药学院Luo Sulan lab · Hainan University

基于爪蟾卵母细胞表达系统，研究海洋生物毒素（如芋螺毒素）对离子通道的靶向作用，结合分子对接技术设计新型镇痛药物，并评估其对神经信号传递的调控效果。Marine toxins (conotoxins) targeting ion channels in oocyte expression system; structure-based design of analgesic candidates and characterization of neural signaling modulation.

12. 施华宏实验室 · 华东师范大学Shi Huahong lab · ECNU

关注纳米材料与微塑料对爪蟾蝌蚪行为及代谢的影响，利用代谢组学分析环境污染物引起的生理紊乱，建立两栖类动物生态风险评估模型，为环境监管提供毒理学数据支撑。Nanomaterials and microplastics effects on tadpole behavior and metabolism; metabolomics-based ecotoxicology risk models for regulatory support.

13. 吕雪梅实验室 · 中国科学院昆明动物研究所Lü Xuemei lab · KIZ, CAS

聚焦非洲爪蟾与热带爪蟾的种间杂交模型，研究表观遗传修饰在生殖隔离中的作用。研究发现母源 H3K4me3 修饰通过调控 P53 信号通路影响杂交胚胎的发育能力，揭示了表观遗传机制在物种形成中的关键作用。Interspecific hybrid model of X. laevis × X. tropicalis; maternal H3K4me3 regulates p53 signaling to control hybrid embryo viability, illuminating epigenetic mechanisms in speciation.

14. 周炳升实验室 · 中国科学院水生生物研究所Zhou Bingsheng lab · IHB, CAS

利用爪蟾研究重金属与有机污染物对胚胎早期发育的毒性效应，通过表型观察（胚胎畸形率、存活率）和分子生物学技术（基因表达分析、信号通路检测）揭示污染物作用机制，建立环境毒理学评价体系。Heavy metals and organic pollutants in early embryo development; phenotypic and molecular toxicology to build environmental risk assessment frameworks.

15. 周志强实验室 · 中国农业大学Zhou Zhiqiang lab · CAU

致力于利用爪蟾研究环境污染物对生物发育和生理功能的影响，重点关注重金属和有机污染物的胚胎发育毒性及神经内分泌干扰效应，结合表型分析与蛋白质组学手段揭示毒性机制，为生态风险评估提供科学依据。Environmental pollutant toxicology in Xenopus; phenomics and proteomics to characterize developmental, neuroendocrine and ecological risk.

16. 王永飞实验室 · 中国科学院分子植物科学卓越创新中心Wang Yongfei lab · CEMPS, CAS

聚焦植物离子信号转导与离子营养调控，利用卵母细胞 TEVC 解析离子通道（SLAC1、SLAH3、CNGC18 等）在植物生长发育、气孔运动及逆境响应中的功能。代表工作包括：CNGC18 调控花粉管导向胚珠中 Ca²⁺ 梯度动态平衡的分子机制，以及 S 型阴离子通道与钾离子通道 KAT1 协同调控气孔开闭的新路径。Plant ion signaling: oocyte TEVC of SLAC1, SLAH3 and CNGC18; key work on Ca²⁺ gradients in pollen-tube guidance and cooperative anion/K⁺ channel control of stomatal movement.

17. 朱薛辰实验室 · 北京大学基础医学院Zhu Xuechen lab · Peking University

利用线虫、果蝇、斑马鱼、爪蟾、小鼠等多模式动物，研究卵母细胞成熟、胚胎极性建立、组织分化和神经诱导的分子机制，并构建出生缺陷疾病动物模型。近期工作聚焦核孔复合体（NPC）对基因组转录抑制的调控功能，揭示其在卵母细胞生长与成熟过程中的动态变化。Multi-model study (worm, fly, zebrafish, Xenopus, mouse) of oocyte maturation, polarity and neural induction; recent focus on nuclear pore complex-mediated transcriptional repression during oogenesis.

参考文献References

1. Harland R & Grainger R (2011) Xenopus research: metamorphosed by genetics and genomics. Trends Genet 27(12):507–515.
2. Gurdon JB & Hopwood N (2000) The introduction of Xenopus laevis into developmental biology. Int J Dev Biol 44(1):43–50.
3. Hellsten U et al. (2010) The genome of the Western clawed frog Xenopus tropicalis. Science 328(5978):633–636.
4. Session AM et al. (2016) Genome evolution in the allotetraploid frog Xenopus laevis. Nature 538(7625):336–343.