黃顙魚與藍鰓太陽魚性別控制及性別決定機制研究.pdf

1、魚類性別控制與性別決定機制的研究相輔相成，性別控制的結果有助于深入進行性別決定機制的研究，而性別決定機制的闡明將有利于更好的進行性別控制。魚類性別決定機制的多樣性和性別分化的可塑性，是眾多具有性別特異性（如生長差異、觀賞價值差異、性腺價值差異、繁殖價值差異等）魚類單性種群生產(chǎn)的理論基礎和前提條件，比如用三系配套法（正常XY雄魚、XY雌魚和YY超雄魚）生產(chǎn)全雄魚種群便是利用性別決定機制生產(chǎn)單性種群最好的例子。魚類性別決定機制的原始性（異形

2、性染色體與非異形性染色體）、多樣性（遺傳型性別決定與溫度依賴型性別決定、雌核發(fā)育、雌雄同體與雌雄異體等）和易變性（受溫度、外源激素及其他環(huán)境條件等的影響）也突顯魚類在脊椎動物性別決定機制進化、性別選擇、種群性比適應性等研究領域的重要性。從另一方面來講，魚類性別控制是性別決定機制研究最重要的手段，外源激素、性激素生成酶抑制劑（如芳香化酶抑制劑）、性激素受體拮抗劑、溫度等處理誘導魚類性逆轉是研究性激素或溫度等條件在性別決定及性別分化過程中作

3、用的極好方法，也是研究性別決定基因、性別分化相關基因及性別決定分子路徑的重要手段，同時性激素誘導性逆轉的個體（比如雌性）與正常發(fā)育的、相反生理性別的個體（比如正常雄性）交配產(chǎn)生的后代性比是初步認定性染色體類型的重要手段（比如XX/XY、ZW/ZZ等），溫度處理誘導性逆轉也是研究及區(qū)分溫度依賴型性別決定、遺傳型性別決定及遺傳型性別決定加溫度影響機制的唯一方法。
　　本論文主要研究黃顙魚和藍鰓太陽魚的性別控制及性別決定機制。黃顙魚不僅

4、在國內(nèi)，在亞洲其他國家如韓國、日本、越南等地亦是受市場歡迎的重要經(jīng)濟魚類。藍鰓太陽魚則是北美地區(qū)最受歡迎的垂釣魚類之一，也是美國北部五大水產(chǎn)養(yǎng)殖種類之一，其作為重要的經(jīng)濟食用及休閑魚類，也已引入國內(nèi)，在江浙一帶、廣州等地形成初具規(guī)模的養(yǎng)殖。黃顙魚和藍鰓太陽魚在生長上都表現(xiàn)性別二態(tài)性，雄性都比雌性生長快，較雌性達到更大規(guī)格，而且性成熟時間早，能在養(yǎng)殖條件下自然繁殖，特別是藍鰓太陽魚，屬于一年多次產(chǎn)卵魚類，這給大規(guī)模生產(chǎn)帶來了一系列問題。魚

5、類生理性別的可塑性使得單性養(yǎng)殖成為可能，單性養(yǎng)殖也是解決性成熟早、繁殖快、密度大、生長緩慢、規(guī)格不均勻等一系列阻礙大規(guī)模生產(chǎn)問題的理想方法。藍鰓太陽魚具有極為特別的性別決定機制及繁殖生物學，比如遺傳型性別決定與溫度依賴型性別決定同時存在，存在選擇性繁殖策略（兩種雄性:親本型雄魚與衛(wèi)星型雄魚）。本論文借鑒前人在性別控制方面的研究，對黃顙魚雄性化藥物及其濃度進行了篩選;在藍鰓太陽魚性別控制的研究基礎上，以及在其性別決定機制極其復雜的背景下，

6、闡明了藍鰓太陽魚溫度依賴型性別決定機制，并通過分子生物學手段研究了性別分化過程中與性分化相關基因的表達特性。主要研究成果簡要如下:
　　(1)17α-甲基睪丸酮或芳香化酶抑制劑Letrozole誘導黃顙魚雄性化研究
　　研究了兩種雄性誘導藥物:17α-甲基睪丸酮或芳香化酶抑制劑Letrozole不同濃度口服處理對黃顙魚性逆轉、存活和生長的影響及藥物處理停止后性腺組織結構的變化。在10-59日齡進行17α-甲基睪丸酮口服處理并

7、沒有顯著改變黃顙魚幼魚性比，但所有處理組都誘導了一定比例的間性性腺;三種濃度的17α-甲基睪丸酮處理以濃度依賴性的方式抑制了黃顙魚幼魚的生長，但這種生長抑制作用在藥物處理結束后45天時消失。三種濃度的Letrozole口服處理分別生產(chǎn)了75％、83.3％和75％的雄性，顯著高于對照組37％的雄性率，說明Letrozole具有誘導黃顙魚雄性化的潛力，但處理濃度可能還需進一步優(yōu)化。低濃度的Letrozole處理顯著地促進了黃顙魚幼魚的生長，

8、但在兩個高濃度處理組并未發(fā)現(xiàn)生長促進作用;Letrozole處理還促進了精巢的發(fā)育，如較對照組大的精小葉，在兩月齡幼魚性腺中發(fā)現(xiàn)大量精子細胞。藥物處理停止后性比的顯著改變說明黃顙魚雌性性腺細胞在性分化完成之后仍然具有雙性分化的潛力。
　　(2)芳香化酶抑制劑誘導黃顙魚性逆轉的研究
　　在前面研究結果的基礎上，我們進一步研究了各種濃度Letrozole處理對黃顙魚性逆轉的影響，試圖誘導100％黃顙魚性逆轉，同時研究了各處理濃度

9、對黃顙魚幼魚生長的影響。四種濃度的Letrozole處理誘導了濃度依賴型的性逆轉，分別生產(chǎn)了68.3％、80.00％、88.3％和96.7％的雄性，都顯著高于對照組38.3％的雄性率。Letrozole處理促進了精子生成，在60日齡時的性腺中發(fā)現(xiàn)大量精子細胞。性比數(shù)據(jù)結合組織學的研究表明，芳香化酶在卵巢分化中起重要作用，芳香化酶的抑制可能是誘導魚類雄性化的必要條件之一。
　　(3)藍鰓太陽魚溫度依賴型性別決定研究
　　越來越

10、多的證據(jù)表明，溫度對魚類性比的影響是極為普遍的。藍鰓太陽魚隸屬于鱸形目，棘臀魚科，太陽魚屬，分布于北美各大水系、湖泊和水庫，屬廣溫性魚類，繁殖季節(jié)水溫19-33℃。本實驗室之前的研究表明，溫度處理影響藍鰓太陽魚的性別比例。本研究在前面研究結果的基礎上，使用了四個藍鰓太陽魚地理種群，即Hebron，Jones，Hocking和Missouri，開展了基因型-溫度交互作用對其性別決定的影響。我們發(fā)現(xiàn)了三種性比對溫度反應類型，其中兩種正好相反

11、:一種是高溫產(chǎn)生更多雄性，一種是低溫產(chǎn)生更多雄性，還有一種是性比對溫度不敏感類型，即溫度處理沒有顯著改變性比。Hebron種群中，6-90日齡之間高溫處理(24℃和32℃)相對低溫處理(17℃)產(chǎn)生了更多的雄魚;而在Jones種群中，相同處理時間內(nèi)低溫處理卻相對兩個高溫處理產(chǎn)生了更多的雄魚。其他兩個種群的性比卻對溫度處理不敏感，即三個溫度處理組之間性比無顯著差異。結果還發(fā)現(xiàn)，在幼魚1-90、6-90和25-90日齡進行溫度處理顯著影響H

12、ebron種群性比，但40-90日齡的溫度處理并沒有顯著改變性比，表明藍鰓太陽魚性分化的溫度敏感期位于40日齡之前。結合存活率數(shù)據(jù)及性比結果，本研究表明溫度依賴型性別決定與遺傳型性別決定同時存在于藍鰓太陽魚。因此，如果能通過選育，選擇溫度能誘導高雄性率的種群，便能開發(fā)一條環(huán)境友好型、消費者友好型的全雄魚生產(chǎn)方法。本研究結果結合前人研究成果也說明藍鰓太陽魚是研究性別決定機制和性別選擇進化的極好材料。
　　(4)藍鰓太陽魚性分化相關基

13、因的表達研究
　　很多與性別分化相關的基因先于組織形態(tài)學性分化最早標志表達，而且這些基因的表達通常是性別特異性的。對性分化相關基因表達的研究，有助于開發(fā)能在早期發(fā)育階段鑒定個體性別或種群性比的分子標記，而且能進一步闡明魚類性分化過程的分子機制。我們研究了與雌性性分化相關的基因foxl2和cyp19a1a及與雄性性分化相關的基因dmrt1在性分化前及性分化過程中不同溫度條件下的表達特性，發(fā)現(xiàn)這些與性分化相關的基因早在藍鰓太陽魚7日齡

14、時就已開始表達，遠早于其形態(tài)學性分化的最早標志。幼魚7-17日齡時，與雌性性分化相關基因foxl2的表達急劇升高，27-37日齡維持高表達水平，之后稍有下降，表明雌性個體在7-27日齡之間發(fā)生性分化。foxl2基因的表達也呈現(xiàn)極大的個體差異，表明foxl2基因有潛力成為性別鑒定的分子標記。foxl2的表達在27日齡時還受到溫度的影響，說明該基因可能在溫度誘導性逆轉過程中起作用。
　　本論文開展了兩種雄性化藥物對黃顙魚性逆轉的影響研

15、究，并對濃度和藥物進行了篩選，獲得全雄魚種群，研究結果為黃顙魚全雌種群、全雄種群生產(chǎn)和進一步闡明黃顙魚性別決定機制提供了材料，也為魚類性別決定機制增添了內(nèi)容。研究結果還發(fā)現(xiàn)，黃顙魚性分化完成后雌性生殖細胞仍然具有雙性分化潛能，這為今后魚類單性種群的生產(chǎn)提供了新的思路和指導。
　　本論文研究了藍鰓太陽魚溫度依賴型性別決定機制，以及與性分化相關基因的表達特性，第一次報道了在同一種魚類中存在不同的子代性比對溫度敏感類型，為藍鰓太陽魚性別