研究發(fā)現(xiàn)：合成八倍體雄魚(yú)性別決定系統(tǒng)與有性生殖能力的重新獲得

6月10日，中國(guó)科學(xué)院院士、中科院水生生物研究所研究員桂建芳團(tuán)隊(duì)在SCIENCE CHINA Life Sciences（《中國(guó)科學(xué)：生命科學(xué)》英文版），在線發(fā)表題為Regain of sex determination system and sexual reproduction ability in a synthetic octoploid male fish的論文。

多倍化對(duì)物種的形成和進(jìn)化起著至關(guān)重要的作用。與多倍體廣泛存在的植物相比，脊椎動(dòng)物中的多倍體非常罕見(jiàn)，現(xiàn)今脊椎動(dòng)物中發(fā)現(xiàn)的少量多倍體一般通過(guò)單性生殖方式而演化形成。然而，多倍體如何突破生殖瓶頸獲得單性生殖能力和其性別決定系統(tǒng)及其生殖方式如何轉(zhuǎn)移和轉(zhuǎn)換尚不清楚。多倍體鯽復(fù)合種包含有行兩性有性生殖的四倍體鯽（Carassius auratus）和行單性雌核生殖的六倍體銀鯽（Carassius gibelio）。銀鯽已被揭示是由含有100條染色體的四倍體鯽再次發(fā)生一次額外的同源多倍化演化而來(lái)，含有150多條染色體；早期研究還發(fā)現(xiàn)，它在行單性雌核生殖的過(guò)程中還具有整合外源基因組從而形成更高倍性的合成多倍體的潛能。這些四倍體鯽、六倍體銀鯽和倍性更高的合成多倍體是研究多倍化后生殖方式轉(zhuǎn)換和性別決定系統(tǒng)轉(zhuǎn)移的理想研究模型。

近五年來(lái)，桂建芳團(tuán)隊(duì)將有性生殖四倍體鯽的精子整合到雌核生殖六倍體銀鯽的卵子中，產(chǎn)生一個(gè)人工的合成八倍體群體。這些合成八倍體含有200多條染色體，其中50條染色體來(lái)自于四倍體鯽父本。重要的是，父本四倍體鯽中的X/Y性染色體及其性別決定系統(tǒng)也隨之整入，導(dǎo)致合成八倍體形成了1:1的雌雄性比。研究發(fā)現(xiàn)，部分合成八倍體雄魚(yú)恢復(fù)了育性，特別是其中有一尾雄性合成八倍體完全獲得了與四倍體鯽雄魚(yú)相同的有性生殖能力，表現(xiàn)出減數(shù)分裂完成，整倍體精子產(chǎn)生，與四倍體鯽雌魚(yú)交配胚胎發(fā)育正常，具有類似于四倍體鯽胚胎的基因表達(dá)模式，更為重要的是，這些胚胎還能產(chǎn)生性比為1:1且性染色體組成為♀XXX和♂XXY的合成六倍體群體。這些發(fā)現(xiàn)不僅為脊椎動(dòng)物多倍化后性別決定系統(tǒng)轉(zhuǎn)移和生殖方式轉(zhuǎn)換提供了一個(gè)典型事例，還為銀鯽的多倍化育種提供了理論和技術(shù)支撐。

該研究由博士研究生魯蒙、副研究員李熙銀、副研究員王忠衛(wèi)等完成，通訊作者為桂建芳、王忠衛(wèi)和李熙銀。研究得到國(guó)家自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目和中科院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)等項(xiàng)目的支持。

四倍體鯽(4N)、六倍體銀鯽(6N)和合成八倍體(8N)伴隨多倍化而發(fā)生性別決定系統(tǒng)轉(zhuǎn)移與生殖方式轉(zhuǎn)換的示意圖

來(lái)源：中國(guó)科學(xué)院水生生物研究所