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《中国科学院海洋研究所在X1X1X2X2/X1X2Y系统鱼类的性别分化机理研究方面取得新突破》

  • 来源专题：中国科学院文献情报系统—海洋科技情报网
  • 编译者： liguiju
  • 发布时间：2024-01-28

  • 近日，国际生化与分子生物学Top期刊International Journal of Biological Macromolecules在线发表了题为“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，报道了中国科学院海洋研究所在重要养殖鱼类斑石鲷（X1X1X2X2/X1X2Y）性别分化调控机理方面的最新研究成果。研究首次揭示了石鲷科鱼类DMRT基因家族成员起源与演化模式；基于dsRNAi 技术，首次系统解析了dmrt1基因在斑石鲷性别分化过程中的作用，构建了基于dmrt1介导的X1X2Y系统鱼类性别分化调控网络。研究成果提升了人们对复型性染色体系统（X1X1X2X2/X1X2Y）鱼类的性别分化调控认知，为深入解析具融合染色体（Y）X1X2Y系统鱼类的性别决定与性别分化机理奠定了重要研究基础。

    海洋研究所李军团队分别于2008年和2014年在国内率先突破了条石鲷和斑石鲷全人工繁育技术，建立了石鲷苗种规模化生产技术（100万尾/年）及工厂化封闭循环水养殖与网箱养殖相耦合的陆海接力养殖模式，使得条石鲷和斑石鲷成为我国网箱、工厂化养殖以及海洋牧场增殖新对象（成果获海洋科学技术奖二等奖）。团队通过前期研究发现石鲷科鱼类性状典型：具“鸟喙状”愈合齿；雌雄生长二态性；雄鱼（2n=47）染色体较雌鱼（2n=48）少一条，且雄鱼染色体中存在一条体型异常巨大的染色体。研究团队在系统完成斑石鲷愈合齿发生发育模式及颌齿更替调控机制解析（成果发表在Int J Biol Macromol，成果获得2023年度“International Research Awards on New Science Inventions”）、从全基因组层面首次揭示条石鲷雄鱼异型染色体融合起源机理（成果发表在iScience，GigaScience）以及石鲷科鱼类雌雄性别遗传标记研发（成果获授权专利ZL 202210088031.1，ZL 202210083551.3）基础上，针对X1X2Y系统鱼类的性别决定与分化机制尚不清楚难题，研究团队综合采用雌雄全基因组变异扫描、性腺全长转录组测序、性腺发育时序WGCNA分析、基因家族成员鉴定分析结合性腺细胞FISH、dsRNAi等生物学验证实验，系统开展了斑石鲷性别分化调控机理研究。

    研究建立了斑石鲷发育时序雌雄性腺转录差异表达数据库，基于WGCNA分析构建了X1X1X2X2/X1X2Y复型性染色体系统性腺差异基因的互作调控关系网络，鉴定到与雄性分化调控密切相关的dmrt1、amhr2/amh、acvr1、nanos3核心基因。基于全基因组扫描分析鉴定发现斑石鲷dmrt基因家族存在7个成员（dmrt1/2 (2a,2b)/6、dmrt4/5、dmrt3）并首次提出斑石鲷经历了三次全基因组复制事件。性腺发育时序转录组、qPCR及FISH结果证实dmrt1基因在具X1X2Y系统斑石鲷雄性分化及雌性初级卵膜细胞早期发育过程中具有调控作用；dmrt1- dsRNAi研究进一步发现敲降dmrt1会显著促进与雄性分化密切相关基因（sox9a、sox9b、amh、amhr2）以及雄激素合成关键基因hsd11b2上调表达。研究首次提出在具X1X2Y系统斑石鲷中除跟雄性分化密切相关dmrt1基因外，还存在另一个驱动雄性分化和维持雄激素合成调控主效通路。值得注意的是dmrt1的敲降使得位于雄性异形性染色体Y上amhr2/amh系统的表达量呈现持续高表达趋势，同时维持并提升雄激素合成基因hsd11b2的表达，这预示着amhr2在斑石鲷性别分化过程中可能发挥着不可替代的作用。研究为复型性染色体系统（X1X1X2X2/X1X2Y）鱼类的性别分化调控机制解析提供了关键证据，补充了具融合染色体（Y）X1X2Y系统鱼类的性别决定与性别分化理论，提升了人们对X1X2Y系统鱼类性别分化调控的认知。

    中国科学院海洋大科学研究中心为文章第一完成单位，博士研究生赵海霞为论文第一作者，肖永双副研究员和李军研究员为文章共同通讯作者。该研究得到了中国科学院海洋大科学研究中心重点部署项目（前沿交叉类）、国家自然科学基金面上项目、国家重点研发计划和现代农业产业技术体系国家海水鱼体系等项目联合资助。

    文章目录：

    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、肖永双，马玉婷，李军，肖志忠，吴燕铎，赵海霞，马道远。 斑石雌雄遗传性别的特异性标记及鉴定方法和试剂盒。授权公告日：2022 年05 月 06 日，专利号：ZL 2022 1 0088031.1。

    6、肖永双，吴燕铎，李军，肖志忠，马玉婷，赵海霞，马道远，刘静。一种斑石 RhoGEF10 重组基因及性别鉴定方法和试剂盒。授权公告日：2022 年05 月 06 日，专利号：ZL 2022 1 0083551.3。

    文章链接：

    https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S014181302305537X?via%3Dihub

  • 原文来源：https://qdio.cas.cn/2019Ver/News/kyjz/202401/t20240123_6967370.html
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