海马催产素在雄性育儿与性角色逆转中的功能及其调控机理

Seahorse is an interesting research model because of its male pregnancy and sex-role reversal behavior. But the molecular mechanism of this behavior is still unknown. In this study, the arginine vasotocin and isotocin genes will be characterized in lined seahorse, and the expression pattern of these genes during mating, pregnancy and parturition stages will be identified. The location of these genes will be detected in brain and brood pouch tissues by in situ hybridization. The relationships between neurons of AVT and PRL or sex steroid receptors will be identified by dual fluorescent in situ hybridization. Then the AVT and IT core peptide including their receptor inhibitor will be injected into the brood pouch of seahorse to detect the effects of these genes in pregnancy and sex-role reversal, and the regulation relationship with sex steroid hormones will be identified. Our study will describe the molecular mechanism of AVT/IT regulation on male pregnancy and sex-role reversal. Our study will also provide a solid theoretical foundation for increasing the reproduction effect of seahorse in aquaculture.

海马具有独特的雄性育儿的生殖方式，同时还具有性角色逆转的现象。研究表明，催产素参与海马的雄性育儿行为的调控，但具体的调控机理尚不清楚。催产素属于神经垂体激素，结构上具有保守的功能相关的九肽结构。本项目拟以线纹海马为研究对象，通过对两种海马催产素——精氨酸加压催产素（AVT）和催产素（IT）基因进行鉴定，并研究其在海马交配、怀孕和分娩过程中的表达模式；同时对AVT、IT及其受体基因在脑和育儿袋组织中进行细胞水平的定位，利用共定位方法检测催产素与催乳素、性激素受体等基因之间的关系；并通过体外合成催产素的活性多肽，结合在体注射技术，探讨催产素在海马交配、怀孕、分娩和性角色逆转过程中的作用，并分析其调控的分子机理。本课题不但对阐明催产素在海龙科鱼类雄性育儿和性角色逆转的作用和调控机理有重要意义，同时为提高海马繁殖效率等应用性研发过程提供有利的科学理论和依据。

海马隶属于海龙科，是珍稀的小型海洋硬骨鱼类，主要栖息于近海海域。海马具有独特的雄性育儿的生殖方式，雌海马通过将卵细胞排入雄海马育儿袋中，卵细胞在育儿袋中完成受精，受精卵则在育儿袋中完成发育和孵化过程。这种独特雄性育儿行为的调控机理至今尚不清楚。本项目通过以揭示催产素在雄性海马怀孕过程中的功能及其作用机理为主体，探讨海马催产素对雄性育儿这一独特繁殖方式的响应策略。通过研究催产素在雄性海马怀孕和分娩过程中的功能作用，结合在体实验研究催产素对海马性角色逆转的影响，阐明催产素在海马雄性育儿过程中的分子特征及与生殖轴的关系。截止目前为止，本研究团队已经根据预期计划顺利完成相应指标，如下：（1）在线纹海马中克隆鉴定了催产素AVT和IT及其受体基因，并明确其在不同生殖周期的表达模式，揭示了海马催产素的适应性进化特征；（2）通过在体注射催产素AVT多肽于怀孕后期的海马，发现催产素AVT可将育儿袋内仔海马提前分娩，并从育儿袋内释放出来。揭示了海马催产素对怀孕海马具有催产功能。（3）阐明了海马催产素与生殖轴调控的关键基因kisspeptin和GnIH之间的协同关系，揭示海马雄性育儿和卵胎生行为的调控作用机理。.基于本项目的研究，共发表关于海马生殖轴调控的关键基因kisspeptin、GnIH等相关科学SCI论文4篇；针对海马催产剂等核心技术s授权的发明专利有3项。同时培养了博士、硕士研究生各1名。本人到日本上智大学Kawaguchi教授实验室交流访问2个月，到新加坡科技研究局Byrappa Venkatesh教授实验室访问交流，这些访问交流加强目前我们实验室与新加坡、日本海马研究室的合作与交流。.同时，基于本项目的实施，2017年获得“广东省特支计划”科技创新青年拔尖人才称号，2018年获得广州市“珠江科技新星”称号，2019年获得“中国科学院青年创新促进会会员”称号，2019年还获得国家面上基金的资助，这些项目都是围绕海马雄性育儿的分子机理和调控特征进行探讨研究的。