海马雄激素受体AR的进化特征及其对育儿袋发育的调控机制研究

Seahorses are representative male pregnant teleost. The brood pouch of male seahorses supplies the embryos oxygen, nutrition and immunoprotection during the pregnancy period. However, the mechanism of the development of brood pouch is still unclear. It is reported that androgen is somehow involved in the development of brood pouch. We have found that the androgen receptor (AR) is highly expressed in brood pouch, indicating a role of androgen in its development. Our project intends to clarify the mechanism of AR in lined seahorse brood pouch development. To achieve this, firstly, we are going to identify the evolutionary characteristics of lined seahorse AR via gene identification and comparative genome analysis. As followed, we intend to detect the spatiotemporal expression and cell location of AR, combined with the androgen treatment and primary cell culture experiment, to clarify how AR act in seahorse brood pouch development. Lastly, we intend to elucidate the signaling pathway via which AR regulates brood pouch development. Our project will greatly broaden our understanding in the structure and function of synagnathidae brood pouch, as well as the seahorse conservation.

海马进化地位特殊，具有独特的雄性育儿的生殖方式，雄性海马育儿袋为胚胎的发育提供溶氧、少量营养和免疫保护。研究表明，雄激素参与海马的育儿袋发育，但具体调控机制尚不清楚。申报人前期研究发现，雄激素受体AR（androgen receptor）在育儿袋内高表达，暗示AR可介导雄激素调控海马的育儿袋发育。本项目拟以线纹海马为研究对象，创新性地开展AR介导海马育儿袋发育的调控机制研究。通过基因鉴定和比较基因组分析，阐明海马AR的进化特征；同时开展AR在脑和育儿袋中的时空表达模式分析和细胞定位研究，并结合激素浸浴和原代细胞培养等技术，阐明AR调控雄性海马育儿袋发育的作用机理。最后，通过雄激素和信号通路抑制剂共处理，阐明雄激素受体AR介导雄激素调控育儿袋发育的目的信号通路。本项目的研究成果不仅对深入理解海龙科鱼类特殊的育儿袋结构和雄性育儿的调控机理具有重要意义，同时为开展海马资源保护提供科学依据。

海马具有独特的雄性育儿的繁殖方式，雄性特有的育儿袋为胚胎的发育提供溶氧、少量营养和免疫保护。研究表明，雄激素可参与海马的育儿袋发育，但具体调控机制尚不清楚。因此，申报人围绕海马育儿袋发生及发育的调控机制，综合转录组学、蛋白质组学、外源激素在体处理实验等方法，开展了一系列研究，主要结果如下：. 分析了雄激素受体AR在海马不同器官和不同怀孕时期的时空表达模式，发现不同怀孕时期海马育儿袋内AR表达量存在明显变化；基于外源性雄激素(AR 激动剂及拮抗剂)处理实验，证实雄性激素是海马育儿袋发生的关键诱因并解析了雄激素/雄激素受体AR调控海马育儿袋发生的基因基础。阐明了雄激素受体AR拮抗剂-双酚 A(BPA)作为常见的环境雌性激素，可影响海马繁殖效率衰退，并最终影响其种群稳定性。进一步基于转录组及蛋白质组联合分析，证实了环境浓度的BPA通过扰乱育儿袋细胞间质和细胞粘附相关基因而抑制育儿袋的发育，揭示其影响育儿袋及性腺发育的潜在分子调控机制。基于细胞凋亡等实验，解析了BPA暴露导致海马卵巢凋亡的分子基础及相关调控机制，并进一步明确其影响精巢发育的基因基础。本项目的研究成果对深入理解海龙科鱼类特殊的育儿袋结构和雄性育儿的调控机理提供关键的理论基础，同时亦为开展海马资源保护提供科学依据。. 依托本项目，在Science of the Total Environment和Aquaculture等期刊发表学术论文3篇，协助培养博士研究生一名，项目负责人于2021年获得副高级职称，2021年获得广东省基础与应用基础研究基金项目资助。