青鳉DMY基因在性别决定中的作用机制研究

Growth is one of the most important economic traits in aquaculture. Interestingly, it is a common phenomenon that there is a significant growth difference between male and female in fish, so gender is one of the most essential and important characters in fish, with a wide variety of applications in the theory and fish farming. DMY gene of medaka is the first sex-determining gene to be found among non-mammalian vertebrates. Transcription activator-like effector nucleases (TALENs) are a novel approach for directing gene disruption. In our previous research, XYDMY- mutants were generated using TALENs, which developed into females. Here, we intend to use TALENs and artificial inducing methods to establish several special medaka. Base on a comparative study of sex differentiation, gonad development, transcriptomes of key organizations in hypothalamic- pituitary- gonadal axis (HPG) among these special medaka, sex determination and differentiation gene regulatory network could be set up. It would be explained that the mechanism of DMY gene during sex determining in medaka, which could promote the study on sex determining genes and sex regulatory network, indicate a new direction on completely understanding relationships among sex determination, sex differentiation and sex reversal, and provide the theoretical basis for reproductive regulation and breeding in fish.

生长是水产养殖类最重要的经济性状之一；鱼类广泛存在雌雄生长差异的现象，提示鱼类的性别特性是潜在的经济性状。因此，鱼类性别决定机制的研究在水产研究中具有深远的理论意义和广泛的应用前景。青鳉DMY基因是鱼类中最早被鉴定的雄性决定基因，申请人前期利用TALENs技术构建了性别决定基因DMY敲除的青鳉，其性别反转为生理雌性。本项目拟利用基因敲除和人工诱导获取若干特殊青鳉材料，通过比较分析这些特殊材料性别分化和性腺发育的特征，以及下丘脑-垂体-性腺轴上关键组织的转录组信息，建立以DMY为中心的性别决定与分化基因调控网络，阐释青鳉DMY基因在性别决定中的作用机制。以期推进鱼类性别决定基因和生殖相关基因调控网络的研究；为完整理解鱼类性别决定、分化与性反转提供新思路；为鱼类生殖调控和良种选育提供理论依据。

生长是水产养殖类最重要的经济性状之一；鱼类广泛存在雌雄生长差异的现象，提示鱼类的性别特性是潜在的经济性状。因此，鱼类性别决定机制的研究在水产研究中具有深远的理论意义和广泛的应用前景。青鳉 DMY基因是鱼类中最早被鉴定的雄性决定基因，申请人运用TALENs 技术构建了性别决定基因 DMY基因敲除的青鳉，其性别反转为生理雌性，通过比较分析DMY基因敲除的突变体与野生型青鳉性别分化和性腺发育的特征，建立以 DMY为中心的性别决定与分化基因调控网络，阐释青鳉 DMY 基因在性别决定中转录调控的下游候选基因网络（Sci Rep，2015）；利用基因敲除和人工诱导获取若干特殊青鳉材料，获得了野生型与突变体的下丘脑-垂体-性腺轴上关键组织的转录组信息，以期推进鱼类性别决定基因和生殖相关基因调控网络的研究（未发表）；在以上工作基础上，发现了剪切因子BCAS2与性腺发育相关，建立BCAS2基因敲除的斑马鱼模型，发现BCAS2缺失纯合子只能存活5天，进一步研究发现BCAS2通过调控mdm4的可变剪切调控p53凋亡途径影响HSPC发育与维持的重要新功能（Blood，2018），这一研究揭示了性别相关基因的胚胎发育功能，不仅影响性腺的发育还会影响胚胎的造血与发育在转录后调控机制，为深入探索性腺中可变剪切发生机制提供良好材料，相关研究还在继续深入。项目负责人参与建立全基因组范围原位捕获与DNA相互作用的RNAs的新技术GRID-seq（Nat Protocols修回中），有望为系统挖掘与鉴定鱼类性别决定与分化中功能性RNAs建立新技术。本项目的实施为完整理解鱼类性别决定、分化与性反转提供新思路；为鱼类生殖调控和良种选育提供理论依据。