水生所揭示性腺共生菌穩(wěn)態(tài)是影響黃鱔性反轉(zhuǎn)自然發(fā)生的重要因素
早在80多年前，中國(guó)科學(xué)院水生生物研究所劉建康先生首次報(bào)道了黃鱔（Monopterus albus）存在雌雄同體、先雌后雄的自然性反轉(zhuǎn)特性（Liu CK,1944）。有趣的是，黃鱔的性反轉(zhuǎn)往往發(fā)生在第一次排卵后，性反轉(zhuǎn)過(guò)程經(jīng)歷從當(dāng)年9月到次年6月甚至更漫長(zhǎng)的時(shí)間跨度。這個(gè)過(guò)程中季節(jié)更替、溫度變化等環(huán)境因素極其復(fù)雜，導(dǎo)致黃鱔性反轉(zhuǎn)自然發(fā)生的外在因素至今尚未闡明，一直困擾著相關(guān)領(lǐng)域的研究者們。
水生所魚(yú)類(lèi)RNA生物學(xué)研究組長(zhǎng)期聚焦魚(yú)類(lèi)性反轉(zhuǎn)與遺傳育種，前期創(chuàng)建首個(gè)動(dòng)物性反轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)庫(kù)（ASER,http://aser.ihb.ac.cn/）（Genomics Proteomics & Bioinformatics?2021,19: 873-881.），系統(tǒng)發(fā)掘了包括一類(lèi)新的RNA加工相關(guān)的性反轉(zhuǎn)因子，正在陸續(xù)解析這些因子的功能（EMBO J?2024,43:1990-2014.）。該團(tuán)隊(duì)一方面從遺傳和RNA加工調(diào)控角度解析黃鱔自然性反轉(zhuǎn)機(jī)制；另一方面，一直在發(fā)掘影響黃鱔性反轉(zhuǎn)自然發(fā)生的關(guān)鍵因素。以小鼠和人類(lèi)為代表的哺乳動(dòng)物研究顯示健康狀態(tài)下雌性生殖系統(tǒng)中存在豐富的細(xì)菌微生物，相反，雄性生殖系統(tǒng)中卻極少存在細(xì)菌微生物；這是因?yàn)榧?xì)菌微生物在非病理?xiàng)l件下很難穿越血睪屏障和血腦屏障。不同于哺乳動(dòng)物的結(jié)論，該團(tuán)隊(duì)率先發(fā)現(xiàn)黃鱔的卵巢和精巢中均存在豐富的共生菌（Frontiers in Immunology 2022,13: 938326）。隨后， Mani A等也報(bào)道了多種健康鮭科魚(yú)類(lèi)的腦組織中也存在豐富的共生菌且扮演重要功能（Science Advances 2024,10:eado0277）。這些結(jié)果都提示了魚(yú)類(lèi)性腺和腦即使存在血睪和血腦屏障的保護(hù)仍存在豐富的共生菌且可能扮演重要功能。
近日，該團(tuán)隊(duì)以“Natural sex reversal imparts permanent compositional changes to the swamp eel gonadal microbiome”為題在微生物學(xué)領(lǐng)域國(guó)際期刊Microbiome發(fā)表了最新研究進(jìn)展。
圖1. 黃鱔卵巢優(yōu)勢(shì)細(xì)菌芽孢桿菌在卵巢和精巢中的雙向調(diào)控功能
該團(tuán)隊(duì)報(bào)道了黃鱔卵巢和精巢中的細(xì)菌微生物群落特征，通過(guò)與腸道、皮膚和血液三個(gè)不同生態(tài)位中微生物群落進(jìn)行比較分析和溯源，發(fā)現(xiàn)了黃鱔性腺菌群主要來(lái)自于腸道和血液。隨后，他們重點(diǎn)關(guān)注了卵（精）巢優(yōu)勢(shì)菌，最終成功分離和培養(yǎng)了黃鱔卵巢優(yōu)勢(shì)細(xì)菌芽孢桿菌。又通過(guò)在體注射芽孢桿菌的動(dòng)物實(shí)驗(yàn)，結(jié)合組織學(xué)、細(xì)胞/分子實(shí)驗(yàn)和組學(xué)等發(fā)現(xiàn)芽孢桿菌有助于維持黃鱔卵巢生理功能；相反，過(guò)量的芽孢桿菌導(dǎo)致精巢的炎癥反應(yīng)并抑制了雄性黃鱔精子活力，導(dǎo)致精子數(shù)量減少等損害精巢功能。該研究揭示了卵巢優(yōu)勢(shì)細(xì)菌芽孢桿菌在雌雄同體黃鱔性腺中的雙向調(diào)控功能，提示了卵巢和精巢優(yōu)勢(shì)菌在性反轉(zhuǎn)中的重要功能（圖1）。這些結(jié)果一定程度上從性腺共生菌穩(wěn)態(tài)角度回答了“黃鱔性反轉(zhuǎn)為什么往往發(fā)生在第一次排卵后？”的問(wèn)題，為深入解析黃鱔性反轉(zhuǎn)自然發(fā)生的影響因素探索了新方向，也為開(kāi)發(fā)益生菌定向誘導(dǎo)黃鱔性別提供了新思路。
水生所孟愷峰博士為第一作者，羅大極研究員為通訊作者。劉飛副研究員、趙媛莉博士等為該研究做出重要貢獻(xiàn)。該研究得到了國(guó)家自然科學(xué)基金杰出青年基金項(xiàng)目（32425055）、湖北省重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目（2023BBB172、2020CFA056）、湖北省支持種業(yè)高質(zhì)量發(fā)展資金項(xiàng)目（HBZY2023B009）、湖北省洪山實(shí)驗(yàn)室項(xiàng)目（2022hszd022）等資助。
論文鏈接：https://microbiomejournal.biomedcentral.com/articles/10.1186/s40168-025-02187-7
