中大新聞網訊（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，是我國和東南亞沿海地區重要的海水養殖魚類。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雄的性轉變現象。因此，石斑魚是研究魚類性別決定與性別分化機制的理想模型，但該生殖特點也給石斑魚類的遺傳改良帶來很大困難。
張勇團隊在繪制斜帶石斑魚全基因組圖譜的基礎上，比較斜帶石斑魚雌魚和原發性雄魚、次發性雄魚全基因組序列的差異，沒有發現性分化相關基因的擴增或缺失，表明斜帶石斑魚性別決定的遺傳基礎可能與非編碼的調控序列或環境因素的變化有關。通過對斜帶石斑魚性腺的原發性分化過程，以及由雌轉雄的次發性分化過程的不同時期轉錄組、雄激素誘導石斑魚性別轉變轉錄組，社群因素誘導斜帶石斑魚性別轉變轉錄組等分析，發現腦-垂體-性腺軸在石斑魚性別分化和性別轉換過程起著重要的調控作用，揭示了石斑魚性腺發生與性別分化的分子作用機理，對理解雌雄同體魚類性別決定機制的形成及進化途徑有重要的理論價值，同時對石斑魚類育種和遺傳改良具有重要意義。
該研究構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性雄魚、次發性雄魚全基因組的差異。通過比較斜帶石斑魚雌魚和原發性雄魚、次發性雄魚全基因組的差異，沒有發現性分化相關基因的重復或缺失，表明斜帶石斑魚的性發育可能與非編碼的調控序列或環境因素的變化有關。
圖1. 斜帶石斑魚染色體水平的基因組組裝和系統進化分析。（a）染色體上的基因位置、基因、SNP、基因缺失和重復密度的分布情況；（b）斜帶石斑魚系統發育樹。
性別分化和轉變過程的轉錄組分析表明：雌激素合成關鍵酶芳香化酶cyp19a1a在性腺分化關鍵時期上調表達，雌激素合成增多，促使未分化性腺向雌性分化；在雌魚向雄魚轉變過程中，垂體fsh和和性腺fshr的表達逐漸升高；通過FSH蛋白注射，可成功誘導斜帶石斑魚發生性別轉變；表明fsh/fshr系統是調控石斑魚由雌轉雄的關鍵信號。
圖2. 性別分化與性轉換過程的轉錄組分析。（a）性別分化和性轉換過程不同階段性別相關基因的熱圖；（b）雄激素誘導石斑魚性別轉變；（c）雄激素誘導性轉變后，性腺轉錄組差異表達基因的熱圖；（d）性別轉換過程中腦和垂體轉錄組差異表達基因的熱圖；（e）FSH蛋白注射誘導石斑魚雌轉雄研究。
斜帶石斑魚的性轉變與社群因素的變化相關：在繁殖季節，人工構建1雄3雌的社會群體，1個星期后，移走雄魚，群體內的雌魚通過打斗來確定社會地位，在1個月內占優勢地位的雌魚會發生性別轉變。通過社群因素誘導斜帶石斑魚性別轉變的轉錄組分析發現：在確定社會地位后，褪黑激素合同通路的關鍵酶和光傳導通路的關鍵基因在占優勢地位的雌魚腦中高表達，提示褪黑激素合成和光傳導通路的激活可能誘導雌魚性別行為的轉變，進而啟動性腺的性別轉變。
圖3. 社群因素誘導斜帶石斑魚性別轉變分析。（a）社群因素誘導斜帶石斑魚性別轉變實驗設計圖；（b）雄魚移走后斜帶石斑魚大腦中差異表達基因的熱圖；（c）大腦中光傳導和褪黑激素途徑差異表達基因的熱圖；（d）社群誘導斜帶石斑魚性別轉變的信號通路示意圖。
近日，該研究以“Mechanisms of sex differentiation and sex reversal in hermaphrodite fish as revealed by the Epinephelus coioides genome”為題發表在際學術期刊?Molecular Ecology Resources上。中山大學為第一作者單位，研究得到了國家自然科學基金、?廣東省重點研發計劃、廣東省現代農業產業技術體系創新團隊等項目支持。
