斜带石斑鱼性逆转的神经内分泌调控网络解析

Groupers are typical hermaphrodite protogynous fish, in which an individual begins reproductive life as female and then changes to functional male. Such a unique reproductive trait led to a small population of male groupers, and brings great difficulties to artificial breeding and genetic improvement of groupers. Our previous findings suggested that sex reversal of grouper is controlled by both social factors and gonadotropins. In this project, we will explore how social environmental factors regulate sex reversal through the neuroendocrine system from the following aspects: How does aggressive behavior and social status affect sex reversal of grouper? How does the brain receive external signals through reproductive-related neuroendocrine factors and initiate sex reversal of grouper? This project intends to construct a neuroendocrine regulatory network that initiates sex reversal of grouper by build a model of social factors-induced sex reversal, study the gene expression in the brain of individuals with different social status, and further study the function of important reproductive-related neuroendocrine factors. Our study will not only be useful for clarify how the external social factors regulate sex change through the neroendocrine system in hermaphrodite fish, but also provide new ideas and methods for the sex control and breeding in groupers.

石斑鱼是典型的雌雄同体雌性先成熟鱼类，个体生活史中需经历“先雌后雄”的性反转过程。其独特的生殖特点造成石斑鱼群体中雄鱼数量少，雌雄发育不同步，给石斑鱼的人工繁育和遗传改良带来了极大的困难。我们已有的研究结果表明，斜带石斑鱼的性逆转受到社会因子和促性腺素调控。本项目中，我们拟进一步从以下方面探讨社会因子如何通过神经内分泌系统调控斜带石斑鱼性逆转：攻击行为和社会地位如何影响石斑鱼性逆转？脑如何通过生殖相关的神经内分泌因子接收外界信号并启动性逆转？本项目拟构建社会因素诱导石斑鱼性逆转的模型，研究不同社会地位个体脑中的基因表达变化，并进一步研究重要生殖相关神经内分泌因子的功能，最终构建启动石斑鱼性逆转的神经内分泌调控网络。通过以上研究，我们将阐明外界社会因子如何通过神经内分泌系统调控石斑鱼发生性逆转，进而为解决人工繁育和遗传改良中雄鱼较少的问题提供新思路和新方法。

石斑鱼是一种雌雄同体、雌性先熟的鱼类。在自然环境中，一个石斑鱼群体里只有少量的个体能发生性转变，而社会因素被认为是决定石斑鱼的性逆转的重要因素。但是外界信号如何传递到脑中，从而通过神经内分泌因子刺激GnRH-GtH轴，并启动性逆转过程，目前仍然一无所知。本项目成功构建社会因素诱导石斑鱼性逆转的模型，发现视觉信号是引起石斑鱼打斗行为和性逆转的重要因素，雄性激素和皮质醇的升高可能对性转变具有重要的调控作用。视网膜转录组的分析结果显示，光传导信号通路在社会等级确立的过程中被显著激活，这可能与个体间的行为相互作用有关。而脑组织转录组分析的结果显示，斜带石斑鱼在社会等级的确立和发生性转变的过程中大脑均处于高度活跃的状态，表明社会因素控制诱导性转变的过程受到神经内分泌网络的调控。最后，我们进一步研究了神经肽基因tac3、GnRH/GnRHR系统、GnIH/GnIHR系统在石斑鱼中的功能。结合以上的研究结果，我们构建了社会因素通过视网膜光传导信号通路—脑神经内分泌因子和GnRH—垂体GtH—性腺GtHR、雄性通路和雄激素诱导斜带石斑鱼性逆转的分子调控网络，为解决人工石斑鱼人工繁育和遗传改良中雄鱼较少的问题提供了新思路和新方法。