海洋潮间带洞穴鱼类性信息素作用的机理研究

Our previous studies showed that prostinglandin E2 (PGE2) and 17α,20β- dihydroxyprogesterone (DHP) are the chief sex pheromones in the Chinese black sleeper (Bostrichthys sinensis). These pheromones elicit rapid electro-olfactory responses, attract females and males to the artificial nests, and induce spawning behaviors in sexual mature fish. In order to elucidate the molecular mechanisms of these sex pheromones, using modern molecular and biochemical techniques, we will carry out the following studies: (1) cloning PGE2 and DHP receptor cDNAs in the olfactory epithelium; (2) expression and characterizing functions of PGE2 and DHP receptors in the olfactory epithelium; (3) localization of PGE2 and DHP receptors in the olfactory epithelium; (4) pheromonal regulation on the reproductive system; and (5) feedback regulation of reproductive hormone on the expression of the pheromonal receptors in the olfactory epithelium. The results from this study will contribute to the development of basic theory in the field of chemical communication in fish, and provide a scientific basis for the technical improvement of the spawning induction in fishes; therefore advance science and aquaculture applications.

我们前期的研究表明，前列腺素E2（PGE2）和17α,20β-双羟孕酮（DHP）是中华乌塘鳢（Bostrichthys sinensis）的主要性信息素，两者均能刺激性成熟中华乌塘鳢雌雄鱼的嗅上皮产生明显的嗅电反应、吸引性成熟雌雄鱼配对进入人工产卵巢以及诱发雌雄鱼的交配产卵行为。为了阐明中华乌塘鳢这两种性信息素作用的分子机理，本项目拟采用现代分子生物学等技术，开展以下研究内容：(1)嗅上皮中PGE2和DHP受体基因的克隆;(2)嗅上皮中PGE2和DHP受体的表达和功能验证;(3)嗅上皮中PGE2和DHP受体的定位;(4)性信息素对生殖内分泌系统的调控;（5）生殖内分泌激素对嗅上皮性信息素受体表达的反馈调控。研究结果可丰富鱼类化学通讯研究的基础理论，也可为海水鱼类诱导产卵技术的改进提供科学依据，具有重要的理论意义和潜在的应用价值。

性信息素和内分泌激素在鱼类生殖过程中扮演重要作用。为了阐明性信息素作用的分子机理，本项目以中华乌塘鳢为研究对象开展以下研究内容：(1)前列腺素E2受体亚型ep1的克隆和季节差异表达; (2)孕酮受体基因和生殖内分泌激素基因的克隆; (3)孕酮受体基因和促性腺激素基因的组织和季节差异表达；(4)雌鱼血清中DHP和雄鱼血清中11-KT的季节差异; (5) paqr5 mRNA和PAQR7蛋白在嗅上皮中的定位; (6) DHP暴露对雄性嗅球中的sGnRH mRNA和垂体中的GtH mRNA的影响；（7）11-KT和T对雄性嗅囊中孕酮受体和前列腺素E2受体ep1的影响；（8）ep1基因启动子区域的序列克隆，雄激素反应元件分析和启动子活性测试；（9）性信息素17α-P和PGE2暴露对性成熟雌鱼排卵率的影响;（10）Gsdf在黄鳍鲷和赤点石斑鱼性别决定中的作用。. 主要研究成果：（1）获得了中华乌塘鳢PGE2受体ep1、9种孕酮受体、GnRH的两种亚型(sGnRH和cGnRH)、GnRH-R4、LHβ和FSHβ、雄激素核受体（ARα和ARβ）和雄激素膜受体（mAR）的全序列和部分序列，比较了其结构特征与其他鱼类的差异；（2）生殖季节中华乌塘鳢雄鱼和雌鱼嗅囊ep1 mRNA表达量均显著高于非生殖季节，生殖季节雄鱼和雌鱼性腺ep1 mRNA表达量均极显著高于非生殖季节；（3）DHP是一种有效的刺激中华乌塘鳢雄鱼生殖反应的性信息素，其通过提高垂体中促性腺激素基因lhβ的表达以促进精巢成熟；（4）11-KT通过雄激素受体直接调控嗅囊中paqr5和ep1 mRNA的表达；（5）中华乌塘鳢嗅囊中paqr7和paqr5可能参与了对孕激素的感应，并与生殖状态有关；（6）中华乌塘鳢雌鱼血清中DHP和雄鱼血清中11-KT的含量存在季节差异；（7）性信息素DHP通过提高11-KT的水平以促进精巢成熟；（8）性信息素17α-P和PGE2暴露能够提高性成熟中华乌塘鳢的排卵率；（9）gsdf 参与了黄鳍鲷和赤点石斑鱼性转变过程中精巢发育的调控；（10）赤点石斑鱼fshβ和lhβ基因仅在脑垂体表达，而fshr和lhcgr基因仅在性腺表达。. 本项目取得的成果丰富了鱼类性信息素研究的基础理论，可为海水鱼类诱导产卵技术的创新提供科学依据，具有重要的理论意义和潜在的应用价值。