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大黄鱼(Larimichthys crocea)是中国养殖产量最大的海水养殖鱼类之一,在渔业经济中占有重要地位。随着多年养殖的发展,产业中突出存在大黄鱼个体性早熟、高性腺指数、人工催产排卵锁闭等问题,控制大黄鱼性腺发育成为产业中急需解决的实际问题。因此本文研究大黄鱼繁殖全周期中性腺发育及HPG调控特性,采用组织学、激素放射免疫测定和分子生物学方法,首次克隆了得到了大黄鱼GnRH-Ⅰ、GnRH-Ⅱ、GnRH-Ⅲ、LHR-A、LHR-B和Vasa基因全长cDNA,分析了上述基因的时空表达,并结合性腺发育、血清T、E2、P、FSH和LH含量,综合分析大黄鱼性腺发育过程中的HPG生殖轴的调控变化。
1.人工养殖大黄鱼性腺发育变化及激素水平周年变化
人工养殖大黄鱼雌性个体性腺成熟经历Ⅱ期、Ⅲ期、Ⅳ期、Ⅴ、Ⅵ期和重复发育Ⅱ期;雄性个体性腺成熟经历Ⅲ期、Ⅳ期、Ⅴ、Ⅵ期和重复发育Ⅲ期。大黄鱼在人工养殖条件下一年有两个产卵期,但以春季为主,繁殖高峰为6月及10月。精巢发育早于卵巢,且成熟期维持时间较卵巢更久。大黄鱼GSI随性腺发育逐渐升高,在繁殖高峰的6月达到最高,产卵后显著下降,HSI在繁殖高峰前1个月达到最高,指示其生殖细胞营养积累高峰。采用125I放射免疫法测定大黄鱼血浆E2、T、P、FSH和LH含量,结果显示激素含量在性腺不同发育阶段存在显著差异,但不同激素变化规律不同。雌鱼中表明FSH和E2与卵巢早期发育、卵黄积累密切相关;T、P和LH三者对大黄鱼卵子最终成熟排放具有作用。雄鱼中T对精细胞的生长发育及维持有直接作用;E2在退化吸收期显著高含量与精巢退化降低T的需求有关;P与激发精细胞成熟相关。
2.大黄鱼3种GnRH全长cDNA克隆及表达分析
利用RACE技术克隆获得大黄鱼3种GnRH全长cDNA序列。经同源比对分析,3个GnRH基因与其它鱼类GnRH依物种亲缘关系呈同源性降低趋势。组织表达分析显示,3种GnRH基因均在脑、垂体、性腺中特异表达,其它组织不表达。对GnRHs基因在性腺中进行时间表达分析,结果显示:养殖条件下大黄鱼不论脑和性腺中,GnRHs均在成熟期前高表达,成熟期时表达量下调;但雌鱼和雄鱼高表达基因不同,在脑中雄鱼为GnRH-Ⅱ,雌鱼为GnRH1-Ⅰ和Ⅲ,性腺中雌鱼为GnRH-Ⅰ、雄鱼为GnRH-Ⅲ,推测大黄鱼GnRH调控存在性别差异。
3.大黄鱼促黄体激素受体克隆及表达分析
利用RACE技术首次在大黄鱼种克隆获得2种LHR全长cDNA序列。经同源比对分析,2个LHR基因同源率仅有53.96%;通过构建系统进化树,2个LHR基因分属两大硬骨鱼类分支分属脊椎动物LHR两个大类。组织表达分析显示,2中LHR均在性腺中特异高表达,其它组织少量或不表达。对2种LHR基因在性腺中进行时间表达分析,结果显示:精巢LHR-A表达量在前三个时期保持同一水平,当精巢发育处于成熟期晚期时升至最高。精巢LHR-B表达量在Ⅳ期时显著下降,之后于V期又显著上升,最后于VI期达到峰值。卵巢LHR-A表达量在Ⅱ期处于较高水平,随后于Ⅲ期出现显著下降,之后于Ⅳ显著上升,并在之后的VE及VL期保持在同一水平,最后于Ⅳ期显著下降至最低点。卵巢LHR-B表达模式与卵巢LHR-A表达模式类似,在Ⅲ出现显著性下降,之后于Ⅳ期保持同一水平,但在VE期出现显著上升,且与成熟期保持高水平表达,最后于VI期显著下降。表明两种类型的LHR,与LH结合后共同促进雌雄鱼的排卵排精。
4.大黄鱼Vasa基因克隆及表达分析
利用RACE技术克隆获得1种Vasa基因全长cDNA序列。经同源对比分析,其同源性与同为石首鱼科黄姑鱼最为接近。组织表达分析显示,Vasa基因在性腺中特异高表达,其它组织微量或不表达。对性腺中Vasa基因进行时间表达分析,结果显示Vasa基因在精巢发育前期逐渐升高,并在Ⅳ期精细胞期达到最高,成熟期与退化吸收期则显著降低;卵巢中同样在发育前期逐渐升高,并在初级卵黄期达到最高,其后降低并维持至退化吸收期。表明Vasa基因主要在生殖细胞减数分裂前期高表达。
总结:通过本研究表明大黄鱼生殖细胞成熟不同步,雄鱼性腺成熟早于雌鱼,适应多次产卵群体繁殖需要。大黄鱼性腺发育符合HPG调控模式,GnRH为大黄鱼性腺发育主要的调控基因。通过GnRH刺激脑垂体完成GtH合成释放,血液中GtH含量与性腺发育同步升高,LHR也同步表达并作用性腺成熟过程;性类固醇激素E2在卵巢成熟前期及卵黄沉积中发挥主要促进作用,T不仅是精巢发育的主效激素,其高水平表达也有助于卵子的最终成熟,P刺激生殖细胞最终成熟。Vasa对生殖细胞前期分化具有重要作用。
1.人工养殖大黄鱼性腺发育变化及激素水平周年变化
人工养殖大黄鱼雌性个体性腺成熟经历Ⅱ期、Ⅲ期、Ⅳ期、Ⅴ、Ⅵ期和重复发育Ⅱ期;雄性个体性腺成熟经历Ⅲ期、Ⅳ期、Ⅴ、Ⅵ期和重复发育Ⅲ期。大黄鱼在人工养殖条件下一年有两个产卵期,但以春季为主,繁殖高峰为6月及10月。精巢发育早于卵巢,且成熟期维持时间较卵巢更久。大黄鱼GSI随性腺发育逐渐升高,在繁殖高峰的6月达到最高,产卵后显著下降,HSI在繁殖高峰前1个月达到最高,指示其生殖细胞营养积累高峰。采用125I放射免疫法测定大黄鱼血浆E2、T、P、FSH和LH含量,结果显示激素含量在性腺不同发育阶段存在显著差异,但不同激素变化规律不同。雌鱼中表明FSH和E2与卵巢早期发育、卵黄积累密切相关;T、P和LH三者对大黄鱼卵子最终成熟排放具有作用。雄鱼中T对精细胞的生长发育及维持有直接作用;E2在退化吸收期显著高含量与精巢退化降低T的需求有关;P与激发精细胞成熟相关。
2.大黄鱼3种GnRH全长cDNA克隆及表达分析
利用RACE技术克隆获得大黄鱼3种GnRH全长cDNA序列。经同源比对分析,3个GnRH基因与其它鱼类GnRH依物种亲缘关系呈同源性降低趋势。组织表达分析显示,3种GnRH基因均在脑、垂体、性腺中特异表达,其它组织不表达。对GnRHs基因在性腺中进行时间表达分析,结果显示:养殖条件下大黄鱼不论脑和性腺中,GnRHs均在成熟期前高表达,成熟期时表达量下调;但雌鱼和雄鱼高表达基因不同,在脑中雄鱼为GnRH-Ⅱ,雌鱼为GnRH1-Ⅰ和Ⅲ,性腺中雌鱼为GnRH-Ⅰ、雄鱼为GnRH-Ⅲ,推测大黄鱼GnRH调控存在性别差异。
3.大黄鱼促黄体激素受体克隆及表达分析
利用RACE技术首次在大黄鱼种克隆获得2种LHR全长cDNA序列。经同源比对分析,2个LHR基因同源率仅有53.96%;通过构建系统进化树,2个LHR基因分属两大硬骨鱼类分支分属脊椎动物LHR两个大类。组织表达分析显示,2中LHR均在性腺中特异高表达,其它组织少量或不表达。对2种LHR基因在性腺中进行时间表达分析,结果显示:精巢LHR-A表达量在前三个时期保持同一水平,当精巢发育处于成熟期晚期时升至最高。精巢LHR-B表达量在Ⅳ期时显著下降,之后于V期又显著上升,最后于VI期达到峰值。卵巢LHR-A表达量在Ⅱ期处于较高水平,随后于Ⅲ期出现显著下降,之后于Ⅳ显著上升,并在之后的VE及VL期保持在同一水平,最后于Ⅳ期显著下降至最低点。卵巢LHR-B表达模式与卵巢LHR-A表达模式类似,在Ⅲ出现显著性下降,之后于Ⅳ期保持同一水平,但在VE期出现显著上升,且与成熟期保持高水平表达,最后于VI期显著下降。表明两种类型的LHR,与LH结合后共同促进雌雄鱼的排卵排精。
4.大黄鱼Vasa基因克隆及表达分析
利用RACE技术克隆获得1种Vasa基因全长cDNA序列。经同源对比分析,其同源性与同为石首鱼科黄姑鱼最为接近。组织表达分析显示,Vasa基因在性腺中特异高表达,其它组织微量或不表达。对性腺中Vasa基因进行时间表达分析,结果显示Vasa基因在精巢发育前期逐渐升高,并在Ⅳ期精细胞期达到最高,成熟期与退化吸收期则显著降低;卵巢中同样在发育前期逐渐升高,并在初级卵黄期达到最高,其后降低并维持至退化吸收期。表明Vasa基因主要在生殖细胞减数分裂前期高表达。
总结:通过本研究表明大黄鱼生殖细胞成熟不同步,雄鱼性腺成熟早于雌鱼,适应多次产卵群体繁殖需要。大黄鱼性腺发育符合HPG调控模式,GnRH为大黄鱼性腺发育主要的调控基因。通过GnRH刺激脑垂体完成GtH合成释放,血液中GtH含量与性腺发育同步升高,LHR也同步表达并作用性腺成熟过程;性类固醇激素E2在卵巢成熟前期及卵黄沉积中发挥主要促进作用,T不仅是精巢发育的主效激素,其高水平表达也有助于卵子的最终成熟,P刺激生殖细胞最终成熟。Vasa对生殖细胞前期分化具有重要作用。