中国科学院水生生物研究所淡水生态与生物技术国家重点实验室朱作言院士研究组在《中国科学:生命科学》发表综述,系统评述了鱼类性别决定与分化、生殖细胞和性腺发育以及生殖发育调控策略等方面的最新进展。该综述有助于以鱼类为模型,深入理解动物生殖调控机制,并为鱼类分子育种提供理论基础。
通讯作者胡炜研究员长期从事鱼类生殖发育调控、基因工程育种及克隆胚胎再程序化机制研究,主持多项国家自然科学基金重点项目、863项目及973课题。其团队在Biology of Reproduction、PLoS One等国际期刊发表多篇论文。
鱼类作为低等脊椎动物,在动物系统演化中处于承前启后的地位。已知鱼类约28000种,具有丰富的物种多样性,其生殖策略几乎涵盖脊椎动物所有生殖类型。研究鱼类生殖发育调控,对阐明动物生殖机制具有重要理论意义。此外,随着鱼类重要经济性状(如生长、抗病、耐寒、耐低氧)相关基因和分子调控网络的揭示,分子育种成为培育优良经济性状鱼类品种的主要手段。
综述首先从性别控制入手,指出鱼类性别分化从根本上受基因控制,但作为卵生变温动物,其性别分化方向受环境因素影响。最新研究发现,在牙汉鱼(Odontesthes atcheri)中,amh基因在Y染色体上的复制基因amhy可能是性别决定关键基因。与sry、dmrt1和DMY等转录因子不同,amhy是目前发现的唯一在脊椎动物性别决定中起重要作用的激素相关基因。此外,同属鲑科的褐鳟(Salmo trutta)、大西洋鲑(Salmo salar)和虹鳟(Oncorhynchus mykiss)的性染色体起源不同,性别决定基因也存在差异。
综述还介绍了鱼类育性控制。鱼类的生长与生殖密切相关,通过生殖操作技术控制育性,可减少生殖能分配,培育快速生长品种。同时,生态风险是制约外来优良品种和转基因鱼产业化的瓶颈,研制鱼类不育策略可从根源上解决生态安全问题。育性控制对鱼类品种改良及转基因鱼育种具有重要意义。
研究表明,鱼类生殖发育受一系列精细步骤调控,由复杂网络组成。斑马鱼、青鳉等模式鱼及罗非鱼、草鱼等经济鱼类的全基因组解析,将为大规模分离鉴定生殖功能基因、发掘重要信号通路和解析调控网络提供关键信息。
鱼类生殖是养殖新品种培育与扩群应用的前提。尽管鱼类种类繁多,但优良养殖品种匮乏,根本原因之一是对生殖机制缺乏透彻了解,导致众多经济鱼类难以实施人工生殖操作。建立生殖开关和性别控制开关等操作技术,将为养殖鱼类新品种培育打开新大门。
鱼类生殖操作技术实质是生殖细胞发生、维持和分化及其与周围细胞通讯互作的调控。生殖开关和性别控制开关的建立依赖于生殖发育调控网络、性别决定与分化机理、生殖细胞生长发育机制等理论突破,以及基因组精细编辑技术、靶基因表达强效稳定调控技术、基因型与表型精确高效鉴定等技术突破。