长蛸繁殖季性别组成特点及性别分化相关基因的筛选

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长蛸(Octopus minor)广泛分布于中国、日本及韩国沿海,为黄渤海习见种,具有重要的生态价值及经济价值,是一种极具潜力的海水增养殖头足类。目前,长蛸人工繁育技术尚不成熟,养殖产业尚未形成规模,市场所售长蛸主要来自近海捕捞,而受环境破坏以及无序开发等因素影响,长蛸种群数量不断减少。因此,为保护长蛸自然种群延续,亟需制定有效的长蛸野生资源保护策略,突破长蛸人工繁育及养殖技术瓶颈。单性养殖可能是有效的解决头足类人工养殖早熟化、小型化的养殖模式,但发育前期长蛸雌雄个体无法从外形分辨。因此,本研究以长蛸为研究对象,初步探索繁殖季长蛸种群组成特点;并借助转录组测序手段,筛选了长蛸性别分化相关基因,为研究长蛸性别分化的分子调控机制提供基础。研究结果为长蛸人工繁育及资源养护提供了参考依据,并为头足类性别分化以及单性养殖提供了一定基础。获得的主要研究结果如下:1、长蛸繁殖季性别组成及采捕策略研究选取2016、2019年在烟台莱州和芝罘采捕到的不同批次长蛸莱州地理群体样品,利用茎化腕为性别判定标志,分析雌性占比-采捕时间关系;同时计算单次采样所有亲体平均体重,分析雌性占比-平均体重关系。结果表明:在同一繁殖季,随时间的推移,同一区域的长蛸可捕群体雌性比例逐渐降低;长蛸群体平均体质量与雌性占比密切相关,雌性占比越高,平均体质量越低;相较于网捕及市场购买等方式,人工手捕和笼捕长蛸成活率更高,更为适宜作为人工繁育所用采捕方式。2、长蛸性别分化相关基因的筛选分别于6月及11月在烟台牟平海域,采集不同发育期别的长蛸样品,制备成熟和未成熟的长蛸雌雄性腺组织样品,借助第二代高通量测序手段开展比较转录组分析。从11个文库中提取到共计263,749,727条干净数据,并将这些数据与长蛸基因组数据进行比对,各个文库中比对上的数据占比从77.20%到90.59%;通过韦恩图分析,从精巢和卵巢的差异表达基因中筛选出共计3936条差异基因,包括855条卵巢中上调表达基因和3081条精巢中上调表达基因;为分析不同集合中的差异基因的生物学功能,开展了GO和KEGG富集分析;为验证RNA-Seq准确性,随机筛选10条差异基因,开展了q RT-PCR验证。结果,两条雌性分化相关基因(forkhead box protein L2和ribosomal protein large 24)和两条雄性分化相关基因(transcription factor Sox-8和fermentation-1)及一条信号通路(ECM-receptor interaction)被筛选出来以作为潜在的雌雄判定分子标志物。本文将繁殖季长蛸群体雌雄性比变化归结为其生殖洄游及雌蛸护卵习性两方面原因所致;从长蛸所采取的K-选择(K-selected)繁殖策略和精子竞争两个方面阐释了长蛸两性异形形成特点;在人工育苗亲体采捕过程中,提出人工手捕方式长蛸完整性好,为长蛸苗种繁育最适采捕方式;针对长蛸个体雌雄分化,筛选了SOX8、FEM-1c等在精巢中上调表达基因作为潜在的雄性决定基因,从基因编码受性染色体Y调控的蛋白及参与精巢发育等方面解释雄性分化分子机制;筛选了Foxl2、RPL24等卵巢上调表达基因作为潜在的雌性分化决定基因,从特定生产雌激素、参与卵巢发育等过程等方面解释长蛸雌性分化机制;选取了ECM受体反应通路作为潜在的性别判定通路,从而为卵子发生细胞活动提供基础条件的角度解释性别分化机制。根据本研究的结果,文章展望了利用长蛸两性异形特点,通过连续监测,建立长蛸性别组成及平均体质量变化动态数据库,拟合长蛸性别组成与环境因素间的关系模型,将长蛸经济性捕捞及种群资源保护相结合的可能性。在今后的研究中,可以借助WGCNA、RNA干扰等手段,摸清长蛸不同发育阶段、不同器官基因表达时空差异,筛选出性别分化枢纽基因,进一步揭示以长蛸为代表的头足类动物性别分化分子机制。
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