比目鱼类体色左右不对称及体色异常产生的机理

After metamorphosis, adult melanophores differentiate on the ocular but not on the blind side, leading to body coloration asymmetry in flatfishes. Malpigmentation is common in hatchery-reared flatfishes, decreasing the market value of whole fish. Because malpigmentation seems to result from disruptions of the normal differentiation of melanophores during metamorphosis, it is better to first uncover the mechanism on regulating body coloration asymmetry during normal metamorphosis. On the base of our previous finding that besides in eyes, three genes LWS, RH2 and SWS1 encoding different cone opsins expressed in the skin, we suggest that the establishment of body coloration asymmetry during metamorphosis depends on body rotation with a 90 degree. Cone opsin can sense different intensity of lights arriving on ocular side and blind side, making different concentration of retinoic acid, finally leading to different fates of adult melanophores in ocular side and blind side. We plan to interrupt the difference on both sides including light intensity and the concentration of retinoic acid, then investigate adult melanophores differentiate on both sides. After that, we will investigate how the several nutrional factors affect the retinoic acid and its associational signal pathway on producing malpigmentation in flatfishes. Moreover, the investigations on genetic and epigenetic impact on malpigmentation are also included in this research program.

比目鱼类正常变态后，有眼侧体表深色、无眼侧无色。在比目鱼养殖中，无眼侧黑化或有眼侧白化等体色异常非常普遍，影响了其商品价值。体色异常是变态阶段两侧色素细胞前体分化受到不正常影响的结果。因此，理解正常变态所导致的体色左右不对称产生的机制，是阐释体色异常产生机理的前提。我们推测变态阶段身体偏转90度，导致有眼侧光线照射多而无眼侧光线照射很少，这种差异被体表的视锥视蛋白感受后，引起两侧体表视黄酸水平的差异，使两侧成体型色素细胞前体出现不同的命运，最终导致两侧体色不对称。本项目拟通过干扰变态阶段两侧体表的感光能力、影响视黄酸合成和调控通路，追踪成体型色素细胞前体的命运，从而确定体色两侧不对称建立的主要信号通路。在此基础上，调查营养等环境因子如何影响体色异常的视黄酸及其相关调控通路；另一方面，调查体色异常个体的视黄酸及其相关通路的基因突变和DNA甲基化状况，力图从内外两方面阐释体色异常产生的机理。

比目鱼类变态后，体色左右不对称形成的原因尚不清楚，理解体色左右不对称形成的机制，对于理解比目鱼类的进化，消除当前养殖比目鱼类体色异常有重要的理论和实践价值。.通过本项目的开展，揭示了比目鱼类体色左右不对称建立的主要机理，比目鱼类经过变态阶段身体偏转90度后，其身体左右侧变为上下方，来自水面的光线，主要是蓝光照射在上下方身体皮肤的强度不同，而这些不同被皮肤上的感蓝光视锥蛋白SWS2所感知，引起皮肤9-顺-视黄酸的合成，导致上侧皮肤的黑色素细胞数量要明显多于下侧，而呈现出身体的实际左右侧不对称。这是在国际上首次发现的变态后比目鱼类体色左右不对称产生的机制。在此基础上，我们进一步发现了我国当前养殖比目鱼类体色白化和黑化发生的遗传基础，发现甲状腺激素合成相关通路、光传导通路和视黄酸通路相关的基因突变与牙鲆体色异常有关，筛选出与牙鲆白化相关的视紫红质类激酶rkl第1296位点；筛选出与牙鲆黑化相关的cAMP依赖的转录因子ATF4第967位点和1118位点；筛选出与牙鲆白化和黑化均相关的视黄醇X受体β基因rxrβ第267位点，三磷酸肌醇受体ITPR2的7032位点和7296位点，以及腺甙酸环化酶ADCY6的2677位点。这些与牙鲆体色异常相关位点的发现，可为下一步分子选育降低牙鲆体色异常的工作奠定重要基础。本研究还发现影响体色左右不对称的9-顺-视黄酸，也影响眼睛的移动，在眼睛移动与体色左右不对称形成之间建立了相互联系的分子机制。9-顺-视黄酸主要通过影响甲状腺激素受体TRαA和TRβ1基因在眼睛周围组织中的表达，从而抑制细胞分裂而导致眼睛移动停止，这在脊椎动物中首次发现变态受甲状腺激素和视黄酸双重调控。最后，本项目从遗传和环境因环境两方面，提出了当前我国养殖比目鱼类体色异常产生的原因和相应的改进措施。本项目的研究结果，对于理解比目鱼类的变态发育和进化、鱼类隐蔽伪装色形成，具有重要的理论价值；对于我国经济比目鱼类体色优良性状的选育，以及通过养殖环节的改善降低白化和黑化的产生，具有具体的指导价值。研究结果有重要的科学意义和广阔的应用前景。