中大新聞網(wǎng)訊（通訊員張勇）石斑魚類隸屬鱸形目（Perciformes），鮨科（Serranidae），石斑魚亞科（Epinephelinae），石斑魚屬（Epinephelus），為暖水性礁棲魚類，廣泛分布于印度洋和太平洋的熱帶、亞熱帶海域，是我國(guó)和東南亞沿海地區(qū)重要的海水養(yǎng)殖魚類。石斑魚類屬于典型的雌雄同體雌性先熟種類，在其生活史中性別存在由雌轉(zhuǎn)雄的性轉(zhuǎn)變現(xiàn)象。因此，石斑魚是研究魚類性別決定與性別分化機(jī)制的理想模型，但該生殖特點(diǎn)也給石斑魚類的遺傳改良帶來(lái)很大困難。
張勇團(tuán)隊(duì)在繪制斜帶石斑魚全基因組圖譜的基礎(chǔ)上，比較斜帶石斑魚雌魚和原發(fā)性雄魚、次發(fā)性雄魚全基因組序列的差異，沒(méi)有發(fā)現(xiàn)性分化相關(guān)基因的擴(kuò)增或缺失，表明斜帶石斑魚性別決定的遺傳基礎(chǔ)可能與非編碼的調(diào)控序列或環(huán)境因素的變化有關(guān)。通過(guò)對(duì)斜帶石斑魚性腺的原發(fā)性分化過(guò)程，以及由雌轉(zhuǎn)雄的次發(fā)性分化過(guò)程的不同時(shí)期轉(zhuǎn)錄組、雄激素誘導(dǎo)石斑魚性別轉(zhuǎn)變轉(zhuǎn)錄組，社群因素誘導(dǎo)斜帶石斑魚性別轉(zhuǎn)變轉(zhuǎn)錄組等分析，發(fā)現(xiàn)腦-垂體-性腺軸在石斑魚性別分化和性別轉(zhuǎn)換過(guò)程起著重要的調(diào)控作用，揭示了石斑魚性腺發(fā)生與性別分化的分子作用機(jī)理，對(duì)理解雌雄同體魚類性別決定機(jī)制的形成及進(jìn)化途徑有重要的理論價(jià)值，同時(shí)對(duì)石斑魚類育種和遺傳改良具有重要意義。
該研究構(gòu)建了斜帶石斑魚基因組染色體圖譜，比較了斜帶石斑魚雌魚和原發(fā)性雄魚、次發(fā)性雄魚全基因組的差異。通過(guò)比較斜帶石斑魚雌魚和原發(fā)性雄魚、次發(fā)性雄魚全基因組的差異，沒(méi)有發(fā)現(xiàn)性分化相關(guān)基因的重復(fù)或缺失，表明斜帶石斑魚的性發(fā)育可能與非編碼的調(diào)控序列或環(huán)境因素的變化有關(guān)。
圖1. 斜帶石斑魚染色體水平的基因組組裝和系統(tǒng)進(jìn)化分析。（a）染色體上的基因位置、基因、SNP、基因缺失和重復(fù)密度的分布情況；（b）斜帶石斑魚系統(tǒng)發(fā)育樹。
性別分化和轉(zhuǎn)變過(guò)程的轉(zhuǎn)錄組分析表明：雌激素合成關(guān)鍵酶芳香化酶cyp19a1a在性腺分化關(guān)鍵時(shí)期上調(diào)表達(dá)，雌激素合成增多，促使未分化性腺向雌性分化；在雌魚向雄魚轉(zhuǎn)變過(guò)程中，垂體fsh和和性腺fshr的表達(dá)逐漸升高；通過(guò)FSH蛋白注射，可成功誘導(dǎo)斜帶石斑魚發(fā)生性別轉(zhuǎn)變；表明fsh/fshr系統(tǒng)是調(diào)控石斑魚由雌轉(zhuǎn)雄的關(guān)鍵信號(hào)。
圖2. 性別分化與性轉(zhuǎn)換過(guò)程的轉(zhuǎn)錄組分析。（a）性別分化和性轉(zhuǎn)換過(guò)程不同階段性別相關(guān)基因的熱圖；（b）雄激素誘導(dǎo)石斑魚性別轉(zhuǎn)變；（c）雄激素誘導(dǎo)性轉(zhuǎn)變后，性腺轉(zhuǎn)錄組差異表達(dá)基因的熱圖；（d）性別轉(zhuǎn)換過(guò)程中腦和垂體轉(zhuǎn)錄組差異表達(dá)基因的熱圖；（e）FSH蛋白注射誘導(dǎo)石斑魚雌轉(zhuǎn)雄研究。
斜帶石斑魚的性轉(zhuǎn)變與社群因素的變化相關(guān)：在繁殖季節(jié)，人工構(gòu)建1雄3雌的社會(huì)群體，1個(gè)星期后，移走雄魚，群體內(nèi)的雌魚通過(guò)打斗來(lái)確定社會(huì)地位，在1個(gè)月內(nèi)占優(yōu)勢(shì)地位的雌魚會(huì)發(fā)生性別轉(zhuǎn)變。通過(guò)社群因素誘導(dǎo)斜帶石斑魚性別轉(zhuǎn)變的轉(zhuǎn)錄組分析發(fā)現(xiàn)：在確定社會(huì)地位后，褪黑激素合同通路的關(guān)鍵酶和光傳導(dǎo)通路的關(guān)鍵基因在占優(yōu)勢(shì)地位的雌魚腦中高表達(dá)，提示褪黑激素合成和光傳導(dǎo)通路的激活可能誘導(dǎo)雌魚性別行為的轉(zhuǎn)變，進(jìn)而啟動(dòng)性腺的性別轉(zhuǎn)變。
圖3. 社群因素誘導(dǎo)斜帶石斑魚性別轉(zhuǎn)變分析。（a）社群因素誘導(dǎo)斜帶石斑魚性別轉(zhuǎn)變實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)圖；（b）雄魚移走后斜帶石斑魚大腦中差異表達(dá)基因的熱圖；（c）大腦中光傳導(dǎo)和褪黑激素途徑差異表達(dá)基因的熱圖；（d）社群誘導(dǎo)斜帶石斑魚性別轉(zhuǎn)變的信號(hào)通路示意圖。
近日，該研究以“Mechanisms of sex differentiation and sex reversal in hermaphrodite fish as revealed by the Epinephelus coioides genome”為題發(fā)表在際學(xué)術(shù)期刊?Molecular Ecology Resources上。中山大學(xué)為第一作者單位，研究得到了國(guó)家自然科學(xué)基金、?廣東省重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、廣東省現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)等項(xiàng)目支持。
