头足类衰老适应性进化的遗传基础

Aging research is one of the frontier subjects in the field of life science. Every living organism has its own life-span. While，why aging could be the attribute of species or population? What is the relationship between reproduction and aging? And what does reproduction and aging pattern of species contribute to the evolution of the population? Selecting the right animal model is of great importance for studying the mechanism of aging. Coleoidea subclass (Cephalopod) has the characteristics of perfect and advanced development patterns such as short individual life cycle, simple reproduction (once reproduction within whole life-span) and natural death shortly after completing reproduction. This application intends to use Sepia esculenta (Cephalopoda: Coleoidea) as a target species to observe the morphology, histological and cytological changes, cell regulation pattern and gene regulation pattern in the aging process. The results of this study would be helpful for understanding the relationship between reproductive and aging patterns for cephalopod, and be valuable for clarifying the mechanism of aging adaptive evolution of cephalopod. It could provide an important theoretical basis to clarify the role of the life history strategy for the population recruitment. This study could also provide new ideas and experimental models to reveal the evolution of aging, and provide a new perspective to explore the species origin, evolution, extinction, degradation mechanism.

衰老研究是生命科学领域的前沿课题之一，每种生物都有其固有的寿命，然而，衰老为何能成为物种或种群的属性？生殖方式对机体的衰老和死亡有什么影响？物种的生殖和衰老模式对种群的进化又有什么贡献？选择恰当的实验动物对研究衰老机理有事半功倍的作用。头足类鞘亚纲的种类具有发育模式完善而高级、个体生命周期短、生殖方式简单（终生仅繁殖一次）、生殖完成后即行死亡等特征，是研究生殖、衰老和死亡的良好材料。据此，本项申请拟以金乌贼为研究对象，从个体、细胞和分子三个水平上分析衰老过程中形态学、组织学和细胞学特征变化规律，探讨衰老的细胞调控模式和基因调控模式，认识头足类生殖方式和衰老模式之间相互作用关系，为揭示头足类的衰老适应性进化机制、阐明生活史策略对其群体补充所发挥的作用提供依据；此外，相关研究结果可望为研究衰老进化提供新的思路和实验模型，为探究物种的起源、进化、退化、灭绝机制提供新的视角。

本研究针对头足类鞘亚纲完善而高级的发育模式和个体生命周期短、生殖方式简单（终生仅繁殖一次）、生殖完成后自然死亡等特征，以头足类代表种金乌贼为研究载体，从个体、细胞和分子三个水平分层次开展其生活史关键阶段的组织学、细胞学和基因表达特征变化规律研究。取得的重要结果有：（1）构建了头足类生态学实验平台和实验材料保障体系，为头足类衰老机制研究提供了实验材料保障；（2）采用解剖学方法、组织切片技术以及电镜技术对金乌贼的生殖系统结构特征和组织特征进行了观察和描述，同时跟踪观察并描述了金乌贼卵巢周期发育和卵子发生过程的形态特征、结构特征及发育规律，对丰富头足类繁殖生物学理论及提升人工繁殖技术都具有重要意义；（3）开发了一种基于F-MSAP技术检测DNA甲基化数据的简化程序，建立了一套稳定性和重复性好、简便快捷的F-MSAP检测体系，运用该技术研究了头足类DNA甲基化模式及其与生殖后死亡的关系，为深入研究头足类生长发育、组织分化和衰老死亡等生命过程的表观遗传学调控提供了基础数据；（4）解析了金乌贼生活史关键阶段端粒酶逆转录酶基因表达模式，为揭示金乌贼端粒与生殖衰老的关系奠定了基础；（5）首次构建了金乌贼脑亚脚叶/嗅叶-视腺-性腺轴的全长转录本，成功绘制出调控金乌贼生殖后死亡相关信号通路模式图，提出了mTOR在金乌贼机体能量稳态调控中的作用，明确了氧化磷酸化对其生殖过程细胞能量代谢调控的重要性，揭示了雌性金乌贼生殖后快速死亡受一个复杂的能量稳态调控网络系统所控制。本研究结果填补了头足类衰老的进化与调控机制研究空白，为头足类生活史策略研究提供了有价值的线索，为揭示衰老进化这一复杂的生物学之谜提供了新的实验动物模型，在科学理论上和渔业生产实践中均具有重要意义。