水库下泄低温水对鱼类繁殖影响的分子机制研究

The impact of low-temperature water from reservoirs on fish reproduction is one of the most important eco-environmental problems in hydropower resources exploitation. The temperature can control gonadal development and determine propagation time through changing gene expression level in hypothalamus-pituitary-gonadal axis. Identifying the crucial molecules responding to temperature and achieving related signal pathway and regulatory network are the key scientific issue. This project will be based on high-throughout transcriptomic and proteomic techniques alongside bioinformatic method, to construct the gene and protein expression profile of hypothalamus, pituitary and gonad separately. Furthermore, we will plan to identify the genes related to HPG axis and explain regulatory network for gonadal development, and to elucidate the molecular mechanisms of the effect of low-temperature water on fish reproduction. We anticipate the progress in this project will lay the foundation for the research of fish responding to environmental stress in large-scale hydroelectric project and provide the theoretical basis for protecting fish resources from ecological perspective.

水库下泄低温水对鱼类繁殖的影响是我国水电开发中重要的生态环境问题之一。温度可以通过改变下丘脑-垂体-性腺轴上相关基因的表达水平，控制鱼类的性腺发育速度，决定鱼类的繁殖时间。筛选HPG轴上响应温度变化的关键分子，获取性腺发育的信号通路和基因调控网络是本项目的关键科学问题。基于已有的研究基础，本项目拟基于高通量转录组和蛋白质组学技术，结合生物信息学的分析方法，构建不同温度梯度下鱼类下丘脑、垂体和性腺水平的基因及蛋白质表达谱，筛选与HPG轴相关的差异表达基因和蛋白质，解析控制性腺发育的基因及蛋白质调控网络，分析关键分子的时空表达模式，阐明下泄低温水对鱼类繁殖影响的分子机制。研究成果将为进一步开展大型水利工程流域内鱼类响应环境胁迫的相关研究奠定基础，也为从生态学角度保护鱼类种质资源提供理论依据。

近年来，水资源的开发利用带来了巨大的社会经济效益，但对流域环境及河流健康带来的负面影响也日趋明显。水库下泄低温水引起的下游河道水温变化，导致了鱼类繁殖期推迟，种群数量减少。但是，有关下泄低温水是通过哪些基因或转录调控因子影响鱼类繁殖的研究尚缺乏。本研究采用高通量测序的方法对雌性斑马鱼在22°C和26°C条件下下丘脑、垂体和性腺进行了转录组测序，获得了各个组织中的差异表达基因，并从中鉴定与繁殖调控相关的基因；同时我们还使用iTRAQ技术对斑马鱼下丘脑、垂体和性腺的混合组织进行了蛋白组测序，从中寻找差异表达蛋白，并对这些差异表达蛋白进行了功能分析，寻找它们与不同温度下斑马鱼的繁殖调控之间的关系。