鲤科鱼类生长的生理和发育调控机理研究

Growth is a polygenic trait controlling the multiple physiological pathways regulating energy metabolism and body growth. Among the possible growth-regulating pathways in vertebrates, components within the GH/IGFs as the key somatotropic axis have been targeted as major players in this process; the other endocrine signals such as the myostatin (mstn) signaling in muscle tissue, and proopiomelanocortin (pomc) signaling in ingestive behavior and energy expenditure, exhibit profound effects on the functions of the somatotropic axis- in vivo. In this proposal, depth and systematical research will be carried out in the zebrafish and gibel carp (Carassius auratus gibelio). Utilizing socs1a-, mstnb-, pomc-deficient zebrafish lines and heterozygous mstnb gibel carp mutants generated by our laboratory, together with the planed socs1a- and pomc-deficient gibel carp mutants, the physiological mechanisms of the GH/IGF core axis, myostatin signaling in fish muscle growth and melanocortin system on energy balance will be our focus. Additionally the genetic polymorphisms of all the key growth regulator genes will be screened in gibel carp. The association of these polymorphisms with fish body weight and growth traits will be evaluated. These will provide molecular markers guiding the breeding plans for marker-assisted selection programs in gibel carp in the future.

个体的生长性状是机体维持和完成各种生理活动后的营养素沉积的结果，是对各类生理过程统筹调控的复杂性状。对个体生长的调控包括GH/IGF核心生长调控轴、以及周边组织生长调控、运动及摄食的能量调控等多类调控信号通路。我们将利用鲤科模式鱼类斑马鱼和养殖鱼类异育银鲫作为代表，进行分子机制和育种改良两个层次的研究工作。在生理与发育学机制层次上，以我们已构建、并已在斑马鱼中证实具有良好生长优势的socs1a、mstnb、pomc等突变品系，辅以已构建或将要构建的相应异育银鲫突变系，在GH/IGF核心调控轴、肌肉组织抑肌素信号通路、机体摄食和能量代谢的POMC信号通路等3方向开展对生长调控的系统在体研究。在养殖鱼类育种改良层次上，发掘和筛选mstnb、pomc、socs1a等关键调控基因位点的遗传多态性及其与个体生长的关联，研发适用于异育银鲫生长性状改良的分子标记及优质育种材料。

本项目利用鲤科模式鱼类斑马鱼、异育银鲫、黄河鲤等的个体的生长性状的调控和可能的育种应用开展了研究。利用在斑马鱼中有关生长性状调控igf1、mstnb、pomc、cyp2r1、pi3kr1、cyp17a1等突变品系，辅以mstnb突变或含有天然优异等位变异的异育银鲫品系、cyp17a1突变黄河鲤品系等为代表，针对个体生长的调控包括生长激素/胰岛素样生长因子1(GH/IGF)核心生长调控轴、以及周边组织生长调控、运动及摄食、应激等能量调控等多类调控信号通路开展研究。我们已发现GH/IGF可以通过调控活化维生素D3的cyp2r1活化酶转录表达，从而促进腹部脂肪组织氧化利用，以作为鱼类生长期的能量，同时并首次揭示了维生素D信号在脊椎动物中促进脂肪利用的分子机制。另外，我们利用对POMC敲除的研究，发现降低下丘脑-垂体-肾上腺内分泌应激调控轴的活性，表明了钝化应激内分泌调控轴，可以降低鱼类对外界环境因子的应激应答反应，降低基础代谢率，从而提升饲料转换效率，并以此原理开展了对异育银鲫进行了相关饲料转化率关联多态性位点进行了筛选，发现了处于下丘脑-垂体-肾上腺内分泌应激调控轴中是CRHR2分子的一种优良等位变异，是促进异育银鲫“中科3号”的饲料转化率提升的因素。最后，我们针对睾酮在应激反应调控代谢的研究中，所构建的性甾醇类激素合成酶cyp17a1敲除的突变斑马鱼，不仅发现了睾酮在脂肪代谢方面的促进作用，也发现了一种缺乏性甾醇类激素（雄激素、雌激素等），会导致所有突变斑马鱼的雄性化表型，我们立即利用此发现，在养殖黄河鲤中开展了cyp17a1的敲除工作，并通过同样的全雄鲤表型特征（包括伪雄鲤）群体，并利用伪雄与野生雌交配，首次在世界上获得了以遗传操作方式构建的全雌养殖鱼群体（即全雌黄河鲤群体），并表明全雌黄河鲤群体与传统性别混合群体的同塘养殖，一年龄鲤可增产达30%。