低温导致四川华鳊卵泡闭锁的机制研究

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四川华鳊(Sinibrama taeniatus)是长江上游特有的小型经济鱼类,由于其分布范围狭窄以及人为捕捞和水利设施修建等原因,部分地区的种群已经出现小型化趋势。人工增殖放流是改善鱼类野生资源下降情况的有效手段。目前四川华鳊的人工繁殖已经取得初步成功。饲养时我们发现温度是影响雌鱼成功繁殖的关键因素之一,但目前对于温度,尤其是低温对鱼类繁殖影响的研究还不够深入,四川华鳊这方面的研究更是缺乏。因此本研究采用形态学、组织学和转录组测序等手段,探究了低温对四川华鳊卵巢发育的影响和调控方式,以期为其保护生物学研究和人工繁殖提供理论基础。具体研究结果如下:1.26℃条件下,四川华鳊雌鱼的繁殖周期为14 d。对26℃条件下产卵后四川华鳊进行为期4周的卵巢形态学以及组织学观察。产卵后第0天(IC)其卵巢萎瘪,卵巢内卵母细胞以单层滤泡时相(Ⅱ时相)和卵黄泡出现时相(Ⅲ时相)为主,此时卵巢处于Ⅱ-Ⅲ期状态;在第1周末(W1),卵粒直径显著增加(P<0.05),卵巢内卵母细胞以卵黄充满时相(Ⅳ时相)早期和中期为主,卵巢发育到Ⅳ期;在第2周末(W2),卵巢膨大,卵巢重量和卵粒直径较IC显著增加(P<0.05),卵巢内卵母细胞以Ⅳ时相晚期为主,卵巢发育到Ⅳ期末,达到可催产状态;在第3周末(W3),轻压鱼体腹部,有过熟变质的卵子流出,卵巢内卵粒直径略有减小(P<0.05),组织学观察发现卵巢内有较多Ⅳ时相晚期卵母细胞以及卵子排出后的空滤泡;在第4周末(W4),卵巢较W3膨大,卵粒直径增加(P<0.05),卵巢内卵母细胞又恢复到Ⅳ时相晚期为主。以上数据表明四川华鳊在26℃条件下,其繁殖周期约为14 d。后续对100尾四川华鳊雌鱼以14 d为周期进行连续催产,3次催产成功率均>80%。同时对3次催产后的卵子受精率,受精卵孵化率和胚胎畸形率进行统计,发现并无显著差异(P>0.05)。证明该条件下四川华鳊具有稳定的繁殖周期—14 d,且多次催产对卵子和胚胎质量影响不大。2.低温导致四川华鳊卵泡发生闭锁。对产卵后四川华鳊进行11℃的低温饲养,共14 d,与26℃条件下其卵巢发育状况进行对比。形态学和组织学结果显示低温使四川华鳊卵巢发育被抑制,卵母细胞明显发育不良,发生退化,出现滤泡细胞层和卵膜崩解,细胞核消失,卵黄物质被吞噬以及橙褐色色素细胞积累等典型的闭锁卵泡特征。同时卵巢性腺成熟系数(Gonadosomatic inpex,GSI)在W2相较于26℃组显著下降(P<0.05)。3.低温导致四川华鳊卵泡闭锁的调控机制。通过对26℃组和11℃组在W1和W2的差异共表达基因进行KEGG富集分析发现:卵巢类固醇合成和甾体激素生物合成等脂质合成和代谢相关通路被显著富集。对四川华鳊卵巢中相关基因的相对表达水平进行Real-time PCR测定,结果显示卵巢类固醇激素合成及卵母细胞发育成熟相关基因St AR、cyp17a1、hsd3b、cyp19a2、hsd17b1、vtg1、zp4、mmp9和mmp15在11℃组的表达多受到明显抑制(P<0.05)。又对血清激素水平进行检测,发现在11℃组,DHP(17α,20β-dihydroxy-4-pregnen-3-one)水平在W1和W2极显著低于26℃组(P<0.01),LH(Luteinizing hormone)水平在W1显著低于26℃组(P<0.05),FSH(Follicle-stimulating hormone)水平在W2极显著低于26℃组(P<0.01),而E2(Eestradiol)和11-KT(11-ketone testosterone)水平在两组之间无显著差异(P>0.05)。但对卵巢内相应激素受体基因fshr、lhcgr、pgr、esr1和ar的相对表达水平进行Real-time PCR检测,却发现在11℃组各激素受体基因的表达水平随着时间推移显著下降(P<0.05),并显著低于26℃组(P<0.05)。由此推测低温之所以导致四川华鳊卵泡发生闭锁,可能是由于抑制了部分促性腺激素和类固醇激素的合成和分泌。但激素水平受到的影响较小,更重要的原因可能是由于激素受体表达降低,使卵母细胞对激素的敏感度降低,激素作用受阻。另外将26℃组和11℃组的基因表达模式与GSI和激素受体基因fshr、lhcgr、pgr、esr1和ar的相对表达水平进行WGCNA(Weighted gene co-expression network analysis)分析,发现除类固醇激素合成相关通路外,细胞生长增殖和凋亡相关通路也被多次显著富集,与低温的影响显著相关。对相关基因的相对表达水平进行Real-time PCR测定,发现细胞生长增殖和抗凋亡相关基因ccni、cdk16、igf1r、egfr、nobox和bcl2的表达水平在11℃组显著下调(P<0.05),而促凋亡基因bax、tnf、tp53和casp3的表达水平在11℃组多显著上调(P<0.05)。由此可见,在低温导致四川华鳊卵泡闭锁的过程中,细胞凋亡起到重要调控作用。经TUNEL(TDT-mediated d UTP nick-end labeling)凋亡检测发现:低温作用下四川华鳊卵巢滤泡细胞层凋亡加剧。综上所述,本研究推测低温之所以导致四川华鳊卵泡发生闭锁,一方面是由于低温抑制了促性腺激素和类固醇激素的合成和作用;另一方面,低温促使卵泡细胞发生凋亡,从而使四川华鳊卵巢发育和卵母细胞生长增殖受限,发生退化,最终导致卵泡退化闭锁。
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