不育三倍体鱼生长特性的分子机制研究

In teleosts, hypothalamic-pituitary-liver (GH/IGF) axis plays a crucial role in somatic growth and gonad development. By crossing the males of tetraploid with diploid females of Japanese crucian carp, triploids were produced. These fish showed several improved characteristics such as sterility, fast growth rate, good flesh quality and strong disease resistance. In order to find the correlation of growth and breeding phenotypes in triploids, the research aims to study the genes expression of GH/IGF axis in triploids and their parents and analyze the regulation mechanisms between GH/IGF axis and hypothalamic-pituitary-gonadal (HPG) axis. This research would contribute to unveil the molecular endocrinology mechanism in sterility and rapid growth in triploids and offer reference of GH/IGF regulation in Cyprinid and molecular mechanisms of fish gonad development and reproduction.

鱼类下丘脑-垂体-肝脏（GH/IGF）轴在生长调控和性腺发育中扮演着重要角色。用雄性四倍体鲫鲤与雌性二倍体日本白鲫交配形成的不育三倍体湘云鲫具有生长速度快，肉质鲜嫩和抗病性强等多种优势。本项目拟对三倍体湘云鲫与原始亲本的GH/IGF轴相关基因的表达特性进行研究，以期找到下丘脑-垂体-肝脏（GH/IGF）轴对三倍体湘云鲫生长特性及性腺不育的作用，分析下丘脑-垂体-肝脏（GH/IGF）轴与下丘脑-垂体-性腺（HPG）轴之间的相互调控机制。本项目的开展将为进一步揭示三倍体鱼不育和快速生长的分子内分泌学机制提供理论依据，同时也为探讨鲤科鱼类GH/IGF轴的调控作用及硬骨鱼类性腺发育和繁殖的分子机理提供参考。

项目组所在实验室通过异源四倍体鲫鲤和二倍体日本白鲫倍间交配获得了具有不育、生长速度快等优良性状的三倍体湘云鲫。GH/IGF轴、HPG轴分别在鱼类的生长调控、繁殖中发挥着重要作用。三倍体湘云鲫中生长轴与生殖轴之间是否存在相互影响？它们之间的相互调控机制如何？为此，本项目研究内容如下：.（1）不同倍性鱼GH/IGF轴相关基因克隆和差异性表达研究。项目获得GH/IGF轴相关基因cDNA，并开展了不同时期不同组织的表达差异研究。结果表明：GH/IGF轴相关基因在三倍体湘云鲫中的高表达可能是其快速生长的原因之一。.（2）三倍体湘云鲫不同类型的性腺与其生长性状关联性研究。研究发现脂肪型三倍体鱼的生长速度快于精巢型和卵巢型三倍体鱼，表明三倍体的生长速度与性腺的发育具有相关性。.（3）GH/IGF轴、HPG轴相关因子在不同倍性鱼中蛋白质表达研究。从蛋白水平证明了GH在三倍体鱼垂体中的表达量最高；不同时期HPG轴相关基因在不同倍性鱼中表达差异明显。证明了三倍体鱼基因表达与激素表达紊乱，过量GH的表达对GTH的表达产生负反馈调控，从而导致三倍体鱼性腺发育异常。此外，比较研究了IGF-1蛋白在不同倍性鲫鲤卵巢中的定位。.（4）三倍体湘云鲫卵巢中的IGF-1 mRNA在繁殖季节和非繁殖季节中的表达量偏高，表明三倍体湘云鲫HPG轴基因表达紊乱，从而不能正常抑制IGF-1的表达，导致了三倍体湘云鲫卵巢和肝脏中的IGF-1表达的上升。.（5）不同倍性鲫鲤精巢转录组及GH/IGF轴相关基因表达影响的研究，靶定了不育相关基因，为研究三倍体不育的分子生物学机制提供了依据方向，同时为三倍体不育与快速生长的研究奠定了基础。.综上，我们从mRNA和蛋白水平分析了不同状态下不同倍性鱼HPG轴和GH/IGF轴的基因表达情况，并推断三倍体快速生长可能来自三倍体湘云鲫垂体中GH的高表达和HPG轴相关基因表达的紊乱两方面的影响。本项目的开展将为进一步揭示三倍体鱼不育和快速生长的分子内分泌学机制提供理论依据，为鱼类GH/IGF轴的调控作用及性腺发育和繁殖的分子机理提供参考。