高温影响牙鲆原始生殖细胞迁移、增殖和雄性化机制研究

Sex determination of fish is dependent on both genetic and environmental factors. In fish, temperature is one of the most important sex-determination factors. Previous studies about the mechanism of masculinization effect of high temperature on flatfishes mainly focused on the the hypothalamic-pituitary-gonadal axis. Recently, it has been demonstrated that the primordial germ cells (PGCs) play important role in sex determination in model fish species. PGCs-ablated fishes develop as sterile males. Thus, questions associated with the effect of high temperature on germ cells need to answer, including： The effect of high temperature on migration and proliferation of PGCs in flatfishes; The changes in morphology, number and the gene expression of germ cells during sex differentiation under high temperature;The interaction between germ cells and somatic cells under high temperature, which results in the formation of testis. This project will take genetic female olive flounder (Paralichthys olivaceus) (XX) under high temperature treatment as the research object. Systematical investigations on: 1) the migration and proliferation of PGCs; 2) dynamic changes in the number, morphology and gene expression; 3) endocrinological pathway, will be carried out to reveal the development process of germ cells and somatic cells and elucidate the the mechnism of masculinization under high temperature. The resluts of this project will enrich the basic knowledge of fish sex differentiation,improve the regulation mechanism of reproduction and development in flatshes and provide valuable information for research on ecological structure changes of marine fishes under global warming.

鱼类性别是由遗传和环境共同决定的，温度是影响性别分化最重要的环境因子之一。以往研究主要从下丘脑-垂体-性腺轴解释高温诱导鱼类雄性化机理。近年模式鱼类的研究显示原始生殖细胞（PGCs）在性别分化过程中起重要作用。高温是否会影响鲆鲽鱼类PGCs迁移、增殖？高温作用下生殖细胞形态结构、数量增殖及相关基因表达如何变化？生殖细胞与周围体细胞如何互作诱导协同分化为精巢？等一系列问题都需深入探索。该项目拟采用牙鲆遗传全雌家系（XX）为研究对象，从胚胎、仔鱼期PGCs的迁移、增殖变化；性别分化关键期生殖细胞与周围体细胞形态结构、数量及相关的基因的表达和互作等方面，并结合内分泌系统调控通路系统揭示高温作用下生殖细胞与体细胞发育与分化规律，以期从组织、细胞及分子发育生物学的视角阐明高温影响牙鲆PGCs发育及雄性化的机理，完善鱼类性别分化基础理论及生殖发育调控机制，并为揭示全球变暖导致海鱼生态结构变化积累资料。

鱼类性别是由遗传和环境共同决定的，温度是影响性别分化最重要的环境因子之一。本项目采用牙鲆遗传全雌家系（XX）为研究对象，从胚胎、仔鱼期 PGCs 的迁移、增殖变化；性别分化关键期生殖细胞与周围体细胞形态结构、数量及相关的基因的表达和互作等方面揭示高温作用下生殖细胞与体细胞发育与分化规律。结果表明：牙鲆PGCs起源于继承母源生殖质的32细胞期中的4个细胞，这种PGCs发生模式与斑马鱼相似。胚后发育过程中，原始生殖细胞存在一个明显的迁移过程，单个生殖细胞向体腔上后方迁移，于15天时，在肾脏下方和体腔上方，几个生殖细胞排列一起，一侧被体细胞包绕，形成原始生殖脊。最终于22天时，生殖细胞两侧完全被体细胞包绕，形成细条形原始性腺。雌性分化方面，在70d-76d 性腺生长成细长形，形成卵巢腔，整个性腺中出现一道裂缝，形成生殖囊，卵原细胞持续大量复制，形成被体细胞包围的囊；80d 形成产卵板雏形。雄性分化方面，在80天后，在性腺的背侧，体细胞之间形成许多缝隙状输精管原基，同时生殖细胞开始加速增殖，于性腺腹侧形成多细胞的腺泡状生殖细胞团。高温对牙鲆胚胎期、幼鱼及性别分化过程中的原始生殖细胞的迁移和增殖均有显著的影响。雄激素（17α-甲基睾酮），高温（28℃）均可以诱导XX牙鲆幼鱼雄性化：XX 牙鲆雌性率为 94.44%；雄激素诱导率为92.31%，高温诱导雄性化，诱导率为95.24%。在性分化过程中，未分化的性腺朝着雌性和雄性分化时，生殖细胞的数量和增殖方式呈现二态性，朝着雄性分化的群体生殖细胞增殖显著滞缓于雌性。在性分化过程中，雌性主导群体的 dnd 表达量显著高于雄性主导群体，同时，雌性主导群体的amh表达量显著低于雄性主导群体。该项目从组织、细胞及分子发育生物学的视角阐明高温影响牙鲆 PGCs 发育及雄性化的机理，对于后续开展性别分化过程中生殖细胞的分化（PGCs向性原细胞分化）相关研究提供一定理论基础，完善鱼类性别分化基础理论及生殖发育调控机制。