海洋所在海馬雄性哺育后代的分子調(diào)控機制研究中取得新進(jìn)展
魚類生殖方式多種多樣,包括卵生、卵胎生和胎生等。海馬是我國重要的特色經(jīng)濟養(yǎng)殖魚種,極具有藥用價值和觀賞價值。海馬具有獨特的雄性撫育后代的繁殖策略,雌性將卵子產(chǎn)入雄性的育兒袋中受精,并在育兒袋中完成胚胎發(fā)育和孵化。近年來,中國科學(xué)院海洋研究所李軍課題組團隊系統(tǒng)揭示了膨腹海馬交配、受精和妊娠的規(guī)律,實現(xiàn)了膨腹海馬在北方地區(qū)全周年人工繁育技術(shù)的突破,仔魚15日齡存活率可達(dá)90%以上,并進(jìn)一步闡明育兒袋的發(fā)生、發(fā)育和成熟過程及其相關(guān)的信號調(diào)控通路。相關(guān)成果發(fā)表在中國科學(xué)院1區(qū)TOP期刊International Journal of Biological Macromolecules。
該成果首次揭示了海馬育兒袋起源于雄性腹部真皮層。捧腹海馬進(jìn)入青春期后雄性海馬腹部真皮層逐漸增厚形成育兒袋的原基,其主要由成纖維細(xì)胞和少量的膠原纖維構(gòu)成。育兒袋原基在發(fā)育過程中真皮層兩側(cè)延形成兩個突起,隨后兩側(cè)的突起逐漸向腹中線延伸并融合形成一個囊狀結(jié)構(gòu),即為育兒袋的雛形。育兒袋在發(fā)育和成熟過程中,真皮層進(jìn)一步增厚,內(nèi)部結(jié)締組織發(fā)達(dá),成纖維細(xì)胞和內(nèi)皮細(xì)胞大量增殖并且顯著血管化,形成類胎盤樣的組織供給子代進(jìn)行營養(yǎng)和代謝物質(zhì)的交換,至此育兒袋發(fā)育完成。在繁殖期,雌海馬將成熟的卵子排入雄性的育兒袋,卵子在育兒袋內(nèi)與精子結(jié)合、受精,胚胎在育兒袋內(nèi)經(jīng)過35-42天的孵化分娩產(chǎn)出,海馬這種育兒袋內(nèi)哺育子代的繁殖方式可顯著提高海馬仔魚的存活率。
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通過轉(zhuǎn)錄組和體外驗證實驗進(jìn)一步揭示了雄性海馬育兒袋的來源。青春期后在雄激素的作用下,育兒袋的形成和成熟是由多種信號通路共同調(diào)控完成,包括MAPK、Rap1、TGFβ和Wnt信號通路,以及tgfb3、fgf2、wnt7a、pgf、mycn、tln2、jund等關(guān)鍵的基因的表達(dá)變化,如MAPK信號通路,生長因子FGF2和受體結(jié)合,胞質(zhì)中絲裂原活化蛋白激酶等多種激酶,最終通過上調(diào)轉(zhuǎn)錄因子JUND促進(jìn)類胎盤組織內(nèi)大量膠原蛋白的分泌;Rap1信號通路則上調(diào)tln2(細(xì)胞黏附和遷移相關(guān)蛋白基因),促進(jìn)血管內(nèi)皮細(xì)胞的遷移和黏附,導(dǎo)致類胎盤組織的高度折疊和血管化;而TGFβ3和WNT7A,則顯著上調(diào)mycn和ccn4基因的表達(dá),促進(jìn)成纖維細(xì)胞和內(nèi)皮細(xì)胞的大量增殖。因此在繁殖期的雄性海馬,育兒袋內(nèi)類胎盤組織中細(xì)胞外基質(zhì)大量分泌,并且快速細(xì)胞遷移和增殖,以及結(jié)締組織的高度折疊和血管化最終構(gòu)建了適宜于胚胎發(fā)育的育兒袋結(jié)構(gòu),為胚胎的孵化提供最適宜的場所。
該結(jié)果為揭示地球上唯一雄性撫育后代的動物海馬的繁殖機制提供了新的見解。中國科學(xué)院海洋研究所為論文第一完成單位,研究生張藝超為第一作者,劉清華、李軍研究員為共同通訊作者。該研究得到了國家重點研發(fā)計劃、山東省重點研發(fā)計劃、山東省重點基金等項目聯(lián)合資助。
相關(guān)論文:Yichao Zhang,Xuehui Shi,Meilun Shi,JunLi,Qinghua Liu. Androgens and androgen receptor directly induce the thickening, folding, and vascularization of the seahorse abdominal dermal layer into a placenta-like structure responsible for male pregnancy via multiple signaling pathways. International Journal of Biological Macromolecules 279 (2024) 135039
論文鏈接:https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0141813024058458?
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