新因子fam60a在斑马鱼PGCs形成中的功能及其育种探索

Primordial germ cells (PGCs) are one of the earliest cells with the potential to differentiate into oocytes and spermatocytes. In many animals, PGCs formation during embryogenesis is specified by maternal cytoplasmic determinants termed germ plasm (GP). It is very important to identify molecular composition of germ plasm for revealing mechanisms of PGCs formation in animals. However, in vertebrates, only few GP-factor and key regulators of GP assembly (such as vasa, buc, et al) are identified till now. We firstly discovered that the number of PGCs was significantly decreased in fam60a knocked out zebrafish embryos while the mutant embryos developed into adult males. On the other hand, the overexpression of fam60a induced ectopic PGCs formation in zebrafish embryos and subsequently developed into adult females. We will explore the role of fam60a and reveal its molecular mechanisms in zebrafish PGCs formation, which will identify a novel GP-factor or a novel regulator for GP organization in vertebrates. After that, we will try to improve genetic traits of rice field eel with targeting fam60a. Our results will definitely make important breakthrough in the research area of PGCs formation and its regulatory mechanism. Moreover, the findings will provide theoretical guidance for the genetic improvement of rice field eel.

原始生殖细胞（Primordial germ cell, PGCs）是动物胚胎发育过程中最早建立的一群生殖细胞，是生殖细胞的祖细胞。动物原始生殖细胞由卵母细胞中的生殖质成分特化形成，发掘生殖质成分是揭示动物PGCs形成分子机制的关键，但迄今仅鉴定了vasa和buc等极少数的脊椎动物生殖质因子及生殖质组装必需的因子。申请人首次发现敲除fam60a后的斑马鱼胚胎PGCs数量显著少于对照胚胎，成体斑马鱼发育为雄性；而fam60a过表达的斑马鱼胚胎PGCs数量显著多于对照胚胎，成体斑马鱼发育为雌性。在此基础上，本项目将深入研究fam60a在斑马鱼PGCs形成中的功能，并揭示其调控PGCs形成的机制，以期鉴定出一个新的脊椎动物生殖质因子或生殖质组装因子，并以fam60a为靶基因，探索黄鳝种质改良。研究结果将取得鱼类PGCs形成与调控机制研究的创新发现和重要突破，并为黄鳝的遗传改良提供理论指导。

原始生殖细胞（Primordial germ cell, PGCs）是胚胎发育过程中最早建立的一群生殖细胞，生殖质聚集对PGCs的特化是必需的，但目前对生殖质聚集的调控机制所知甚少。组蛋白去乙酰化在多种生物学过程中发挥重要功能，但目前尚无组蛋白去乙酰化参与调控生殖质聚集或PGCs特化的报道。Fam60a 是近些年新发现的组蛋白去乙酰化酶复合体HDACs组分之一，目前关于Fam60a功能仅有极少的研究报道。本项目以斑马鱼为对象，通过构建fam60a基因敲除及转基因家系，发现fam60a基因敲除胚胎特化形成的PGCs数目减少，成年后性别偏向雄性，而fam60a过表达胚胎特化形成的PGCs数目增加，成年后性别偏向雌性。敲除家系中异位过表达fam60a可恢复突变体中PGCs数目和性别比例。进一步研究发现fam60a参与调控生殖质聚集，表明母源性表达的Fam60a通过调控生殖质聚集参与PGCs特化，Fam60a是一个新的可调控生殖质聚集的因子。通过分析突变体组蛋白乙酰化水平，发现Fam60a缺失后引起斑马鱼FG时期卵泡中组蛋白3乙酰化水平显著升高，伴随着驱动蛋白家族基因kif26ab表达显著下降，CHIP-qPCR表明Fam60a能靶向结合在驱动蛋白基因kif26ab的转录调控区，突变体中kif26ab转录调控区的组蛋白3乙酰化水平上调，表明fam60a 对kif26ab基因转录激活有直接调控作用。敲降母源表达kif26ab基因出现与fam60a突变相似的表型，即聚集到分裂沟处的生殖质含量显著减少；而过表达kif26ab能拯救fam60a缺失导致的生殖质聚集障碍。本项目发现了fam60a具有促进斑马鱼生殖质聚集和PGCs特化的功能，并揭示了其作用机制是通过介导的组蛋白去乙酰化靶向激活驱动蛋白家族基因kif26ab的转录而实现。克隆并分析了黄鳝Mafam60a的表达特征，以fam60a为靶基因开展黄鳝种质改良探索，研制了fam60a突变和过表达的黄鳝，为下一步黄鳝遗传改良提供了育种新材料。