海洋所在X1X1X2X2/X1X2Y系統(tǒng)魚類的性別分化機理研究方面取得新突破
近日,國際生化與分子生物學(xué)Top期刊International Journal of Biological Macromolecules在線發(fā)表了題為“Genome-wide investigation of the dmrt gene family sheds new insight into the regulation of sex differentiation in Spotted knifejaw (Oplegnathus punctatus) with fusion chromosomes (Y)” 的文章,報道了中國科學(xué)院海洋研究所在重要養(yǎng)殖魚類斑石鯛(X1X1X2X2/X1X2Y)性別分化調(diào)控機理方面的最新研究成果。研究首次揭示了石鯛科魚類DMRT基因家族成員起源與演化模式;基于dsRNAi 技術(shù),首次系統(tǒng)解析了dmrt1基因在斑石鯛性別分化過程中的作用,構(gòu)建了基于dmrt1介導(dǎo)的X1X2Y系統(tǒng)魚類性別分化調(diào)控網(wǎng)絡(luò)。研究成果提升了人們對復(fù)型性染色體系統(tǒng)(X1X1X2X2/X1X2Y)魚類的性別分化調(diào)控認知,為深入解析具融合染色體(Y)X1X2Y系統(tǒng)魚類的性別決定與性別分化機理奠定了重要研究基礎(chǔ)。

斑石鯛性別分化調(diào)控機理研究設(shè)計
海洋研究所李軍團隊分別于2008年和2014年在國內(nèi)率先突破了條石鯛和斑石鯛全人工繁育技術(shù),建立了石鯛苗種規(guī)?;a(chǎn)技術(shù)(100萬尾/年)及工廠化封閉循環(huán)水養(yǎng)殖與網(wǎng)箱養(yǎng)殖相耦合的陸海接力養(yǎng)殖模式,使得條石鯛和斑石鯛成為我國網(wǎng)箱、工廠化養(yǎng)殖以及海洋牧場增殖新對象(成果獲海洋科學(xué)技術(shù)獎二等獎)。團隊通過前期研究發(fā)現(xiàn)石鯛科魚類性狀典型:具“鳥喙狀”愈合齒;雌雄生長二態(tài)性;雄魚(2n=47)染色體較雌魚(2n=48)少一條,且雄魚染色體中存在一條體型異常巨大的染色體。研究團隊在系統(tǒng)完成斑石鯛愈合齒發(fā)生發(fā)育模式及頜齒更替調(diào)控機制解析(成果發(fā)表在Int J Biol Macromol,成果獲得2023年度“International Research Awards on New Science Inventions”)、從全基因組層面首次揭示條石鯛雄魚異型染色體融合起源機理(成果發(fā)表在iScience,GigaScience)以及石鯛科魚類雌雄性別遺傳標記研發(fā)(成果獲授權(quán)專利ZL 202210088031.1,ZL 202210083551.3)基礎(chǔ)上,針對X1X2Y系統(tǒng)魚類的性別決定與分化機制尚不清楚難題,研究團隊綜合采用雌雄全基因組變異掃描、性腺全長轉(zhuǎn)錄組測序、性腺發(fā)育時序WGCNA分析、基因家族成員鑒定分析結(jié)合性腺細胞FISH、dsRNAi等生物學(xué)驗證實驗,系統(tǒng)開展了斑石鯛性別分化調(diào)控機理研究。

斑石鯛dmrt基因家族成員染色體定位模式及演化進程
研究建立了斑石鯛發(fā)育時序雌雄性腺轉(zhuǎn)錄差異表達數(shù)據(jù)庫,基于WGCNA分析構(gòu)建了X1X1X2X2/X1X2Y復(fù)型性染色體系統(tǒng)性腺差異基因的互作調(diào)控關(guān)系網(wǎng)絡(luò),鑒定到與雄性分化調(diào)控密切相關(guān)的dmrt1、amhr2/amh、acvr1、nanos3核心基因?;谌蚪M掃描分析鑒定發(fā)現(xiàn)斑石鯛dmrt基因家族存在7個成員(dmrt1/2 (2a,2b)/6、dmrt4/5、dmrt3)并首次提出斑石鯛經(jīng)歷了三次全基因組復(fù)制事件。性腺發(fā)育時序轉(zhuǎn)錄組、qPCR及FISH結(jié)果證實dmrt1基因在具X1X2Y系統(tǒng)斑石鯛雄性分化及雌性初級卵膜細胞早期發(fā)育過程中具有調(diào)控作用;dmrt1- dsRNAi研究進一步發(fā)現(xiàn)敲降dmrt1會顯著促進與雄性分化密切相關(guān)基因(sox9a、sox9b、amh、amhr2)以及雄激素合成關(guān)鍵基因hsd11b2上調(diào)表達。研究首次提出在具X1X2Y系統(tǒng)斑石鯛中除跟雄性分化密切相關(guān)dmrt1基因外,還存在另一個驅(qū)動雄性分化和維持雄激素合成調(diào)控主效通路。值得注意的是dmrt1的敲降使得位于雄性異形性染色體Y上amhr2/amh系統(tǒng)的表達量呈現(xiàn)持續(xù)高表達趨勢,同時維持并提升雄激素合成基因hsd11b2的表達,這預(yù)示著amhr2在斑石鯛性別分化過程中可能發(fā)揮著不可替代的作用。研究為復(fù)型性染色體系統(tǒng)(X1X1X2X2/X1X2Y)魚類的性別分化調(diào)控機制解析提供了關(guān)鍵證據(jù),補充了具融合染色體(Y)X1X2Y系統(tǒng)魚類的性別決定與性別分化理論,提升了人們對X1X2Y系統(tǒng)魚類性別分化調(diào)控的認知。

斑石鯛性腺差異基因互作及性別分化網(wǎng)絡(luò)調(diào)控
中國科學(xué)院海洋大科學(xué)研究中心為文章第一完成單位,博士研究生趙海霞為論文第一作者,肖永雙副研究員和李軍研究員為文章共同通訊作者。該研究得到了中國科學(xué)院海洋大科學(xué)研究中心重點部署項目(前沿交叉類)、國家自然科學(xué)基金面上項目、國家重點研發(fā)計劃和現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系國家海水魚體系等項目聯(lián)合資助。
文章目錄:
1、Haixia Zhao, Yongshuang Xiao*, Zhizhong Xiao, Yanduo Wu, Yuting Ma, Jun Li*, Angel Herrera-Ulloa. Genome-wide investigation of the dmrt gene family sheds new insight into the regulation of sex differentiation in spotted knifejaw (Oplegnathus punctatus) with fusion chromosomes (Y). International Journal of Biological Macromolecules. (2024),257,128638.
2、Yuting Ma, Yongshuang Xiao*, Zhizhong Xiao, Jun Li*. Morphological characteristics of beak-like tooth in spotted knifejaw (Oplegnathus punctatus) and mechanisms of dental development regulation by the Wnt, BMP, FGF and SHH signalling pathways. International Journal of Biological Macromolecules. (2023). 250. 126188.
3、Yongshuang Xiao, Zhizhong Xiao, Daoyuan Ma, Jing Liu*, Jun Li*. Genome sequence of the barred knifejaw Oplegnathus fasciatus (Temminck & Schlegel, 1844): the first chromosome-level draft genome in the family Oplegnathidae. GigaScience, (2019). giz013, 1-8.
4、Yongshuang Xiao, Zhizhong Xiao, Daoyuan Ma, Chenxi Zhao, Lin Liu, Hao Wu, Wenchao Nie, Shijun Xiao*, Jing Liu* and Jun Li*, Angel Herrera-Ulloa. Chromosome-level Genome Reveals the Origin of Neo-Y Chromosome in the Male Barred knifejaw Oplegnathus fasciatus. iScience,(2020). 23, 101039. (Cell子刊)
5、肖永雙,馬玉婷,李軍,肖志忠,吳燕鐸,趙海霞,馬道遠。 斑石雌雄遺傳性別的特異性標記及鑒定方法和試劑盒。授權(quán)公告日:2022 年05 月 06 日,專利號:ZL 2022 1 0088031.1。
6、肖永雙,吳燕鐸,李軍,肖志忠,馬玉婷,趙海霞,馬道遠,劉靜。一種斑石 RhoGEF10 重組基因及性別鑒定方法和試劑盒。授權(quán)公告日:2022 年05 月 06 日,專利號:ZL 2022 1 0083551.3。
文章鏈接:
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