黃顙魚與藍(lán)鰓太陽魚性別控制及性別決定機(jī)制研究.pdf

1、魚類性別控制與性別決定機(jī)制的研究相輔相成，性別控制的結(jié)果有助于深入進(jìn)行性別決定機(jī)制的研究，而性別決定機(jī)制的闡明將有利于更好的進(jìn)行性別控制。魚類性別決定機(jī)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(jià)值差異、性腺價(jià)值差異、繁殖價(jià)值差異等）魚類單性種群生產(chǎn)的理論基礎(chǔ)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(jī)制生產(chǎn)單性種群最好的例子。魚類性別決定機(jī)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(dòng)物性別決定機(jī)制進(jìn)化、性別選擇、種群性比適應(yīng)性等研究領(lǐng)域的重要性。從另一方面來講，魚類性別控制是性別決定機(jī)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(dǎo)魚類性逆轉(zhuǎn)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(guān)基因及性別決定分子路徑的重要手段，同時(shí)性激素誘導(dǎo)性逆轉(zhuǎn)的個(gè)體（比如雌性）與正常發(fā)育的、相反生理性別的個(gè)體（比如正常雄性）交配產(chǎn)生的后代性比是初步認(rèn)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(dǎo)性逆轉(zhuǎn)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(jī)制的唯一方法。
　　本論文主要研究黃顙魚和藍(lán)鰓太陽魚的性別控制及性別決定機(jī)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(jì)魚類。藍(lán)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(jì)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(lán)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(dá)到更大規(guī)格，而且性成熟時(shí)間早，能在養(yǎng)殖條件下自然繁殖，特別是藍(lán)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(lán)鰓太陽魚具有極為特別的性別決定機(jī)制及繁殖生物學(xué)，比如遺傳型性別決定與溫度依賴型性別決定同時(shí)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(jìn)行了篩選;在藍(lán)鰓太陽魚性別控制的研究基礎(chǔ)上，以及在其性別決定機(jī)制極其復(fù)雜的背景下，

6、闡明了藍(lán)鰓太陽魚溫度依賴型性別決定機(jī)制，并通過分子生物學(xué)手段研究了性別分化過程中與性分化相關(guān)基因的表達(dá)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(dǎo)黃顙魚雄性化研究
　　研究了兩種雄性誘導(dǎo)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(zhuǎn)、存活和生長的影響及藥物處理停止后性腺組織結(jié)構(gòu)的變化。在10-59日齡進(jìn)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(dǎo)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(jié)束后45天時(shí)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(dǎo)黃顙魚雄性化的潛力，但處理濃度可能還需進(jìn)一步優(yōu)化。低濃度的Letrozole處理顯著地促進(jìn)了黃顙魚幼魚的生長，

8、但在兩個(gè)高濃度處理組并未發(fā)現(xiàn)生長促進(jìn)作用;Letrozole處理還促進(jìn)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(xì)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(xì)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(dǎo)黃顙魚性逆轉(zhuǎn)的研究
　　在前面研究結(jié)果的基礎(chǔ)上，我們進(jìn)一步研究了各種濃度Letrozole處理對黃顙魚性逆轉(zhuǎn)的影響，試圖誘導(dǎo)100％黃顙魚性逆轉(zhuǎn)，同時(shí)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(dǎo)了濃度依賴型的性逆轉(zhuǎn)，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(jìn)了精子生成，在60日齡時(shí)的性腺中發(fā)現(xiàn)大量精子細(xì)胞。性比數(shù)據(jù)結(jié)合組織學(xué)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(dǎo)魚類雄性化的必要條件之一。
　　(3)藍(lán)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(lán)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(shí)驗(yàn)室之前的研究表明，溫度處理影響藍(lán)鰓太陽魚的性別比例。本研究在前面研究結(jié)果的基礎(chǔ)上，使用了四個(gè)藍(lán)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(yīng)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(shí)間內(nèi)低溫處理卻相對兩個(gè)高溫處理產(chǎn)生了更多的雄魚。其他兩個(gè)種群的性比卻對溫度處理不敏感，即三個(gè)溫度處理組之間性比無顯著差異。結(jié)果還發(fā)現(xiàn)，在幼魚1-90、6-90和25-90日齡進(jìn)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(lán)鰓太陽魚性分化的溫度敏感期位于40日齡之前。結(jié)合存活率數(shù)據(jù)及性比結(jié)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(shí)存在于藍(lán)鰓太陽魚。因此，如果能通過選育，選擇溫度能誘導(dǎo)高雄性率的種群，便能開發(fā)一條環(huán)境友好型、消費(fèi)者友好型的全雄魚生產(chǎn)方法。本研究結(jié)果結(jié)合前人研究成果也說明藍(lán)鰓太陽魚是研究性別決定機(jī)制和性別選擇進(jìn)化的極好材料。
　　(4)藍(lán)鰓太陽魚性分化相關(guān)基

13、因的表達(dá)研究
　　很多與性別分化相關(guān)的基因先于組織形態(tài)學(xué)性分化最早標(biāo)志表達(dá)，而且這些基因的表達(dá)通常是性別特異性的。對性分化相關(guān)基因表達(dá)的研究，有助于開發(fā)能在早期發(fā)育階段鑒定個(gè)體性別或種群性比的分子標(biāo)記，而且能進(jìn)一步闡明魚類性分化過程的分子機(jī)制。我們研究了與雌性性分化相關(guān)的基因foxl2和cyp19a1a及與雄性性分化相關(guān)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(dá)特性，發(fā)現(xiàn)這些與性分化相關(guān)的基因早在藍(lán)鰓太陽魚7日齡

14、時(shí)就已開始表達(dá)，遠(yuǎn)早于其形態(tài)學(xué)性分化的最早標(biāo)志。幼魚7-17日齡時(shí)，與雌性性分化相關(guān)基因foxl2的表達(dá)急劇升高，27-37日齡維持高表達(dá)水平，之后稍有下降，表明雌性個(gè)體在7-27日齡之間發(fā)生性分化。foxl2基因的表達(dá)也呈現(xiàn)極大的個(gè)體差異，表明foxl2基因有潛力成為性別鑒定的分子標(biāo)記。foxl2的表達(dá)在27日齡時(shí)還受到溫度的影響，說明該基因可能在溫度誘導(dǎo)性逆轉(zhuǎn)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(zhuǎn)的影響研

15、究，并對濃度和藥物進(jìn)行了篩選，獲得全雄魚種群，研究結(jié)果為黃顙魚全雌種群、全雄種群生產(chǎn)和進(jìn)一步闡明黃顙魚性別決定機(jī)制提供了材料，也為魚類性別決定機(jī)制增添了內(nèi)容。研究結(jié)果還發(fā)現(xiàn)，黃顙魚性分化完成后雌性生殖細(xì)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(dǎo)。
　　本論文研究了藍(lán)鰓太陽魚溫度依賴型性別決定機(jī)制，以及與性分化相關(guān)基因的表達(dá)特性，第一次報(bào)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(lán)鰓太陽魚性別