河口/近海区域低氧影响洄游性香鱼种群性别结构作用机制的研究

Hypoxia in the marine environment, especially the expansion of estuarine/coastal ocean hypoxia zones, is a global issue. The current researches showed that hypoxia can alter the sex ration of fish stock and bring decline of fishery resources. Ayu (Plecoglossus altivelis) is a kind of migration fish. After hatching, the larvae downstream migrates to the coastal ocean, and returns to the stream after winter. We found that the sexuality of ayu is affected by the hypoxia, but the mechanism is poorly understood, and the long-term negative impact to wild ayu population is unclear. In order to illustrate the problem, we did some gender-related researches in ayu, such as 1) the histology of gonadal differentiation, 2) the screening of molecular marker for gender , and 3) the cloning and expression analysis of dmrt and cyp19 genes at different developmental stages. On these basis, new research will be performed, such as simulation of the hypoxia experiment for the larvae of ayu, identification genetic/phenotypic sex, detection of sex hormone, transcriptome sequencing, RT-qPCR and bioinformatics analysis to identify the changes in the expression levels of sex hormones and sex related genes under hypoxia stress. Combined with the investigation in field, the effects on the gonadal differentiation, sex ration and reproductive capacity of ayu will be analyzed. Meanwhile, the mechanism for this will be illuminated. These results will provide universal theoretical significance and valuable reference for sex control and resource protection of ayu, the research of hypoxia's effects on other fish species and estuarine/coastal ocean ecological environmental protection.

海洋低氧问题，尤其是河口/近海低氧区的扩大是全球关注的问题之一。现有研究表明，低氧能改变鱼类性别比例，导致资源的衰退。香鱼是一种仔鱼阶段降海生长发育的洄游性鱼类，在生产实践中发现低氧会影响香鱼性别，但其作用机制以及这种干扰对种群的长期影响尚未明确。为回答这个问题，我们在前期开展了性腺分化的组织学观察、性别特异性分子标记筛选、dmrt和cyp19等基因的克隆及发育各阶段表达等工作，在此基础上，本研究将进一步模拟河口/近海低氧对香鱼仔鱼阶段的胁迫，采用遗传与表型性别鉴定、性激素水平检测、转录组测序、RT-qPCR验证、生物信息学分析等检测低氧干扰性激素水平和性别相关基因表达的变化，结合野外调查，综合分析这种变化结果对性腺分化和种群性别结构及成鱼繁殖性能的影响，探索其作用机制。研究结果对香鱼的性别调控和资源保护、深入研究低氧对其他鱼类的影响以及河口/近海低氧区生态环境保护等都具有普遍的理论意义。

河口/近海低氧区的扩大是全球关注的问题之一，低氧能影响鱼类性腺发育、导致繁殖能力降低、引起资源衰退。项目研究了低氧对香鱼生长、性腺发育的影响，观察了仔、幼鱼期性腺分化、发育以及卵母细胞过熟过程中卵膜超微结构变化，进行了性腺转录组测序分析，获得了香鱼性别和低氧胁迫应激相关的cyp19a、cyp19b、Dmrt1、Dmrt5、HIF-1、HSF1等关键基因，检测了低氧胁迫下香鱼性激素水平及cyp19a、cyp19b、HIF-1等基因的表达变化，探讨了低氧影响香鱼生殖机能的机制。.低氧胁迫下香鱼幼鱼淀粉酶、胃蛋白酶、脂肪酶活性降低，摄食减少，特定增长率和饲料转化率均显著下降。切片观察显示15日龄香鱼出现生殖嵴，21日龄开始卵巢分化、至45日龄分化结束；精巢分化晚于卵巢，40日龄时精巢中出现精原细胞，55日龄出现次级精母细胞和精子细胞。低氧胁迫干扰香鱼营养代谢，影响了性腺发育，性成熟后雌、雄鱼的性腺指数均低于对照组，雌鱼怀卵量减少，繁殖能力下降。.经转录组测序分析，共有7090个基因在精巢、卵巢间存在表达差异（>4倍），其中1674个基因精巢表达量高于卵巢、5416个基因卵巢表达量高于精巢。香鱼CYP19a基因在成鱼卵巢中表达量最高，精巢和脑中不表达；CYP19b基因成鱼脑中高表达、性腺中不表达；香鱼Dmrt1基因在精巢中高表达，Dmrt5基因在雌鱼脑中高表达；低氧诱导因子-1基因（HIF-1）和热休克转录因子1基因（HSF1）在香鱼成鱼各组织中均有表达。孵化后CYP19a基因21日龄和64日龄香鱼幼鱼中出现2次表达高峰，分别是卵巢开始分化和分化完成后开发发育的时间；CYP19b基因在40日龄前表达量极低，在精巢分化的46-58日龄期间高表达。低氧胁迫下雌、雄香鱼血清睾酮（MT）水平均显著降低，雌鱼血清雌二醇（E2）水平显著降低、但雄鱼血清E2水平不受影响；卵巢、雌鱼脑和雄鱼脑中CYP19a和CYP19b基因表达均显著下调；肝脏和肾中HIF-1基因表达量显著升高。.综述所述，低氧胁迫会阻碍香鱼性腺发育、降低性激素水平而导致繁殖能力下降，这与低溶氧下CYP19a和CYP19b基因表达下调有关，HIF-1可能参与这一调节过程。