鱼类具有五彩斑斓的体色,鱼类体色的复杂性可能与鱼类广泛存在的基因组复制有关。鲫和鲤是淡水养殖的两大优良鱼类,经过长期定向选育获得了不少具有重要观赏和经济价值的观赏鱼品种。本论文以白鲫、红鲫和红白花鲫三种不同体色的鲫为材料,对三种鲫体色进行比较观察,掌握三种鲫早期体色发育的特点,在此基础上,克隆了鲫的几种重要体色基因并研究其在不同体色鲫体色形成中的表达,探究了鲫成体色素干细胞及其在色素图式形成中的作用。相关研究成果为进一步解析鱼类体色形成的发育机制奠定了基础,也为经济观赏鱼类的选育和品质改良提供理论指导。具体研究结果分述如下:1.结合冰冻切片和超薄切片方法,对三种不同体色鲫皮肤组织色素细胞进行了细胞和亚细胞水平观察。黑色素细胞有树突分枝状和团块状两种形状,电镜下观察,黑色素细胞中分布着大量的高电子密度的黑色素小体;黄色素细胞及红色素细胞呈团粒状,电镜下,黄色素细胞及红色素细胞质中存在着喋啶小泡和类胡萝卜素小泡,比较而言,黄色素细胞喋啶小泡数目较红色素细胞多,而红色素细胞则含有大量的类胡萝卜素小泡;虹彩细胞呈现银白、淡蓝和紫色,电镜下可观察到虹彩细胞内含有丰富的结晶小体。白鲫皮肤中观察到黑色素细胞、黄色素细胞、红色素细胞和虹彩细胞等色素细胞类型;红鲫皮肤中存在着丰富的黄色素细胞、红色素细胞和虹彩细胞,没有观察到黑色素细胞;红白花鲫的白色皮肤中则仅观察到虹彩细胞一种色素细胞类型,其红色皮肤色素细胞组成与红鲫皮肤相似。2.三种不同体色鲫的鳞片及鳍色素细胞组成基本与皮肤组织一致。白鲫鳞片有黑色素细胞、黄色素细胞、红色素细胞和虹彩色素细胞四种类型;红鲫鳞片和花鲫红色鳞片则观察到黄色素细胞、红色素细胞和虹彩色素细胞三种类型;花鲫白色鳞片则只有虹彩细胞。鳍是皮肤的衍生物,对三种不同体色鲫鱼鳍色素细胞的观察显示鱼鳍和相邻体位皮肤、鳞片具有一样的色素细胞组成。3.对三种不同体色鲫早期体色形成过程进行了跟踪观察。白鲫、红鲫和红白花鲫胚胎发育期都观察到黑色素细胞的发生,孵化出膜后先后出现黄色素细胞、红色素细胞及虹彩细胞。白鲫、红鲫和花鲫早期幼苗体色都呈浅青灰色,2月龄前后,红鲫和花鲫皮肤黑色素细胞逐渐减少,体色发生“青转红”或“青转花”的变化,3月龄时基本形成全红或红白镶嵌的成体体色。4.在对不同体色鲫或鲤体色性状遗传的统计数据分析基础上,建立了鲫和鲤的体色遗传的回归模型。拟合结果显示,无论是鲫,还是鲤,亲本黑色表型对后代的红色表型都会产生负相关的影响;对于鲤来看,亲本黑色表型对后代红色表型这种负影响的程度更大于鲫。5.克隆获得了红鲫Mitfa,Slc7a11和Pnp4a体色基因的全长cDNA。红鲫Mitfa cDNA全长1578bp,编码412个氨基酸,与斑马鱼Mitfa基因氨基酸同源性达91.5%;Slc7a11全长1782bp,编码496个氨基酸,与斑马鱼Slc7a11基因氨基酸同源性达93.7%;Pnp4a全长1535 bp,编码291氨基酸,与斑马鱼Pnp4a基因氨基酸同源性达95.1%。6.RT-PCR检测了Mitfa,Slc7a11和Pnp4a在三种不同体色鲫胚胎及成体组织中的表达,分析结果显示:Mitfa,Slc7a11和Pnp4a在鲫胚胎中均表达。值得关注的是,黑色素干细胞重要标记基因Mitfa在无黑色素表型的红鲫和花鲫成体皮肤组织中仍有表达,初步认为Mitfa基因不仅参与了黑色素细胞分化和发育,而且可能与鱼类非黑色素细胞的发育也密切关联。7.在1-2月龄鲫的尾鳍基部观察到一条非常明显的“浅色带”。尾鳍再生实验显示,术后尾鳍能够从基部保留的“浅色带”再生并保留了其原有的色素图式。免疫组织化学分析发现干细胞标记因子Sox2、Oct4以及黑色素干细胞标记因子Mitfa在该“浅色带”的细胞中表达;分离“浅色带”细胞并体外培养,也检测到Mitfa+细胞。研究证实,“浅色带”是鲫尾鳍黑色素干细胞的富集区。Real-time qPCR分析显示,Sox2 mRNA的水平自“浅色带”到尾鳍近端向远端逐渐降低;而Mitfa mRNA的水平尾鳍近端高于浅色素带,远端尾鳍中最低,与再生尾鳍的色素细胞发育基本一致。