性类固醇激素调控半滑舌鳎性别大小异形的分子机制研究

As a female heterogamete fish, Chinese tongue sole (Cynoglossus semilaevis) exhibits obvious sexual size dimorphism and the female individuals are 2-4 times bigger than male individuals and pseudomale individuals. We have selected somatotropic and reproductive endocrine axis related tissues (brain, pituitary, liver and gonad) of Chinse tongue sole for RNA-seq analysis. The results suggest that sex steroid hormones may participate the sexual size dimorphism of Chinese tongue sole. This project will focus on sex steroid hormones including estradiol and testosterone, analyze the growth and reproductive trait of Chinese tongue sole treated by sex steroid hormones, and study the transcriptional and epigenetic mechanism of Chinese tongue sole somatotropic and reproductive endocrine axis response to sex steroid hormones via high-throughput sequencing. Then the key genes will be identified from these data. The expression patterns of these key genes in different sex, different developmental stages and different tissues will be revealed by qRT-PCR and in situ hybridization. Also, their epigenetic modification, transcriptional regulation and protein interaction network will be further clarified by DNA methylation and Co-IP analysis. Finally, their functions in sexual size dimorphism will be elucidated by genome editing and RNAi from cell line, tissue or adult levels. The results of this project will be helpful to reveal the molecular mechanism of sex steroid hormones' regulation on sexual size dimorphism of Chinese tongue sole and provide theoretical guide for breeding fast growth strains.

作为一种雌性异配鱼类（ZW/ZZ），半滑舌鳎雌鱼生长速度是雄鱼的2-4倍，表现出显著的性别大小异形。申请人已选取半滑舌鳎生长-生殖轴组织进行了转录组分析，揭示性类固醇激素可能参与调控半滑舌鳎性别大小异形。据此，本项目拟聚焦雌二醇、睾酮等性类固醇激素，研究半滑舌鳎在性类固醇激素处理后的生长、生殖性能变化情况，采用转录组及DNA甲基化测序手段研究半滑舌鳎生长-生殖轴对性类固醇激素的转录和表观响应模式，从中鉴定影响性别大小异形的关键基因；利用定量PCR、原位杂交等方法揭示关键基因在半滑舌鳎不同性别、发育时期及组织的表达模式，通过甲基化分析、免疫共沉淀等技术研究关键基因的表观、转录及蛋白互作调控机制；采取基因组编辑、RNA干扰等方法揭示关键基因在半滑舌鳎细胞系、组织或成体水平的作用机制。项目成果将有助于揭示性类固醇激素调控半滑舌鳎性别大小异形的分子机制，为培育半滑舌鳎快速生长品系提供理论指导。

半滑舌鳎是一种典型的雌性异配鱼类（ZW/ZZ），雌鱼生长速度是雄鱼的2-4倍，表现出显著的雌性优势性别大小异形。该项目综合利用激素处理实验、多组学分析、分子生物学实验等研究了雌二醇、睾酮等性类固醇激素对半滑舌鳎性别大小异形的影响机制，解析了半滑舌鳎性别和生长的关联机制。首先，采用注射和投喂方式开展了类固醇激素（雌二醇和睾酮）处理实验，发现注射1.5龄半滑舌鳎后，雌、雄及伪雄鱼的生长均出现减缓现象，投喂4月龄半滑舌鳎实验分析表明雌雄鱼生长表型也受到一定程度的抑制。完成了半滑舌鳎生长-生殖轴主要组织在类固醇激素处理前后的转录组分析及生长相关基因的定量PCR分析，初步揭示了性类固醇激素抑制半滑舌鳎生长表型的分子机制。然后，绘制了半滑舌鳎雌、雄及伪雄鱼生长-生殖轴重要组织的转录组及DNA甲基化图谱，发现雄鱼和伪雄鱼个体中表现出相似的甲基化模式，且均高于雌鱼，cell cycle通路的激活以及hippo信号通路的抑制是半滑舌鳎性别大小异形的重要原因。开展了半滑舌鳎和星斑川鲽的比较转录组分析，表明糖酵解通路在雌性肌肉中的激活也是比目鱼类性别大小异形的重要原因。最后，针对半滑舌鳎类固醇合成通路相关基因dhcr24等、IGFBP家族基因、性染色体同源异配基因nipbla等影响半滑舌鳎性别大小异形的关键基因，开展了转录、表观及RNAi敲降研究，发现dhcr24在雌性肝脏和性腺表达量最高，可通过调控PI3K/Akt途径发挥生长调控作用；igfbp7主要在卵巢中表达，可能通过影响IGF1R/AKT通路调控细胞增殖；nipbla-w和nipbla-z具有明显的性别表达二态性，可能通过影响wnt信号通路参与半滑舌鳎生长调控过程。上述成果不仅丰富了鱼类性别与生长关联机制的研究，也为半滑舌鳎良种选育等研究提供了重要的基因资源。该项目共发表文章14篇，包括第一标注SCI文章6篇、第一标注核心期刊文章1篇，申请专利1项，获得中国水产学会范蠡奖科技进步特等奖1项（第三完成人），培养泰山学者青年专家1名，培养研究生3名。