水生所研究發(fā)現(xiàn):合成八倍體雄魚性別決定系統(tǒng)與有性生殖能力的重新獲得
6月10日,中國(guó)科學(xué)院水生生物研究所桂建芳院士團(tuán)隊(duì),在SCIENCE CHINA Life Sciences(《中國(guó)科學(xué):生命科學(xué)》英文版),在線發(fā)表了題為“Regain of sex determination system and sexual reproduction ability in a synthetic octoploid male fish”的論文。
多倍化對(duì)于物種的形成和進(jìn)化起著至關(guān)重要的作用。與多倍體廣泛存在的植物相比,脊椎動(dòng)物中的多倍體非常罕見,現(xiàn)今脊椎動(dòng)物中發(fā)現(xiàn)的少量多倍體一般通過單性生殖方式而演化形成。然而,多倍體如何突破生殖瓶頸獲得單性生殖能力和其性別決定系統(tǒng)及其生殖方式如何轉(zhuǎn)移和轉(zhuǎn)換尚不清楚。多倍體鯽復(fù)合種包含有行兩性有性生殖的四倍體鯽(Carassius auratus)和行單性雌核生殖的六倍體銀鯽(Carassius gibelio)。銀鯽已被揭示是由含有100條染色體的四倍體鯽再次發(fā)生一次額外的同源多倍化演化而來,含有150多條染色體;早期研究還發(fā)現(xiàn),它在行單性雌核生殖的過程中還具有整合外源基因組從而形成更高倍性的合成多倍體的潛能。這些四倍體鯽、六倍體銀鯽和倍性更高的合成多倍體是研究多倍化后生殖方式轉(zhuǎn)換和性別決定系統(tǒng)轉(zhuǎn)移的理想研究模型。
近五年來,水生所桂建芳院士團(tuán)隊(duì)將有性生殖四倍體鯽的精子整合到雌核生殖六倍體銀鯽的卵子中,產(chǎn)生了一個(gè)人工的合成八倍體群體。這些合成八倍體含有200多條染色體,其中50條染色體來自于四倍體鯽父本。重要的是,父本四倍體鯽中的X/Y性染色體及其性別決定系統(tǒng)也隨之整入,導(dǎo)致合成八倍體形成了1:1的雌雄性比。接著發(fā)現(xiàn),部分合成八倍體雄魚恢復(fù)了育性,特別是其中有一尾雄性合成八倍體完全獲得了與四倍體鯽雄魚相同的有性生殖能力,表現(xiàn)出減數(shù)分裂完成,整倍體精子產(chǎn)生,與四倍體鯽雌魚交配胚胎發(fā)育正常,具有類似于四倍體鯽胚胎的基因表達(dá)模式,更為重要的是,這些胚胎還能產(chǎn)生性比為1:1且性染色體組成為♀XXX和♂XXY的合成六倍體群體。這些發(fā)現(xiàn)不僅為脊椎動(dòng)物多倍化后性別決定系統(tǒng)轉(zhuǎn)移和生殖方式轉(zhuǎn)換提供了一個(gè)典型事例,同時(shí)也為銀鯽的多倍化育種提供了理論和技術(shù)支撐。
四倍體鯽(4N)、六倍體銀鯽(6N)和合成八倍體(8N)伴隨多倍化而發(fā)生性別決定系統(tǒng)轉(zhuǎn)移與生殖方式轉(zhuǎn)換的示意圖
該研究由博士研究生魯蒙、李熙銀副研究員和王忠衛(wèi)副研究員等完成,通訊作者為桂建芳院士、王忠衛(wèi)副研究員和李熙銀副研究員。研究得到國(guó)家自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目(批準(zhǔn)號(hào):31930111)和中國(guó)科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)(批準(zhǔn)號(hào):XDA24030104)等項(xiàng)目的支持。
