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ZebrafishAdvance|PNAS|水生所胡炜团队与加拿大学者合作发现神经内分泌激素SN在鱼类生殖及性行为中的重要作用

2020年06月03日 浏览量: 评论(0) 来源:中国斑马鱼信息中心 作者: 责任编辑:admin
摘要:脊椎动物生殖受到多种神经内分泌因子的复杂调控,包括促性腺激素释放激素(GnRH)、Kisspeptins、γ-氨基丁酸(GABA)等。

脊椎动物生殖受到多种神经内分泌因子的复杂调控,包括促性腺激素释放激素(GnRH)、Kisspeptins、γ-氨基丁酸(GABA)等。然而,在斑马鱼模型中,将生殖轴中GnRH、Kisspeptins等重要的调控因子突变后,并未对突变体的生殖系统产生显著的影响,目前学术界推测其可能原因是鱼类生殖调控网络系统中的其它生殖调控因子发挥了补偿作用。因此,鱼类生殖的神经内分泌调控机制可能比人们现在已知的认识更加复杂。此外,一些未引起足够重视的神经内分泌因子在生殖中是否扮演了重要角色尚不为人所知,分泌神经素(Secretoneurin,SN)即为其中之一。SN主要表达在下丘脑神经元和垂体前叶细胞,由分泌粒蛋白2(secretogranin-2,Scg2)经过激素原转化酶的蛋白水解作用后形成,其包含33-34个氨基酸的神经肽,在鱼和哺乳类等脊椎动物中非常保守,前期的研究发现SN具有显著刺激脊椎动物生殖轴的重要信号分子促黄体生成素(luteinizing hormone,LH)合成和分泌的作用,提示其可能是对脊椎动物生殖有重要调控作用的一种新激素。但是,SN在生殖中的功能一直缺乏直接的科学证据。


2020年5月28日,中国科学院水生生物研究所胡炜研究员与渥太华大学Vance L. Trudeau教授团队合作在PNAS上发表了题为Targeted mutation of secretogranin-2 disrupts sexual behavior and reproduction in zebrafish的研究论文。研究团队利用斑马鱼scg2突变体作为研究模型,首次揭示了Scg2/SN在脊椎动物生殖及性行为中的重要作用。


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首先,研究人员利用影像记录并分析scg2突变成年斑马鱼求偶行为和产卵成功率,发现scg2a和scg2b基因双突变导致雄性斑马鱼性行为障碍,双突变雄鱼追逐(chase),环绕(encircle)和颤动(quiver)等求偶行为发生时长以及数量均显著减少(图1,视频1)。与野生型相比较,scg2a突变、scg2b突变以及scg2a/b双突变斑马鱼产卵成功率分别显著下降了40%(P= 0.0006),29%(P = 0.0169)以及90%(P < 0.0001),提示雌性scg2突变斑马鱼产卵受阻。野生型斑马鱼中腹腔注射SN神经肽可提升其产卵成功率约1.3倍。而在scg2突变体中注射SN神经肽可提升其产卵成功率接近3倍,显著恢复其生殖能力,由此表明scg2是斑马鱼生殖行为的重要调控基因。


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图1 统计分析scg2突变雄性斑马鱼的求偶行为


视频1  影像记录并分析scg2突变成年斑马鱼求偶行为和产卵成功率


为进一步分析scg2对斑马鱼生殖的调控作用,研究人员对野生型、scg2a突变、scg2b突变以及scg2a/b双突变斑马鱼性腺进行取样分析,发现scg2突变并未对斑马鱼性腺成熟系数、雌雄性腺形态(图2)以及性激素含量产生影响。而相对野生型斑马鱼,scg2雌性突变体出现明显的排卵障碍。

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图2 野生型和scg2突变斑马鱼精巢和卵巢组织学分析


为探究scg2如何调控斑马鱼求偶行为和排卵,研究人员利用微滴式数字PCR对scg2突变和SN腹腔注射后的斑马鱼脑和垂体中生殖调控相关的gnrh3、gnrh2、lhb及cga等基因表达进行绝对定量分析,发现scg2突变体下丘脑中gnrh3以及垂体中gnrh2、lhb及cga基因表达均出现不同程度的下调,而SN注射后的斑马鱼下丘脑中gnrh3以及垂体中gnrh2、lhb及cga基因表达出现一定程度的上调表达,研究人员推测Scg2/SN可能通过驱动Gnrh-Lh系统调控生殖。通过注射Lh类似物人绒毛膜促性腺激素(HCG)至scg2突变斑马鱼,发现其可部分恢复scg2突变体的生殖能力,初步验证了以上推测。 综上所述,这项研究为确定SN是一种新的生殖内分泌激素提供了重要的科学依据。该研究构建的生殖发育缺陷斑马鱼模型或有助于开发经济鱼类催产以及治疗人类不育症的新方法。 


渥太华大学博士研究生Kimberly Mitchell为论文第一作者,水生所鱼类基因工程学科组博士陶彬彬和硕士生陈露参加了该研究工作。胡炜研究员与Vance L. Trudeau教授为论文共同通讯作者。


该研究得到中国科学院国际伙伴计划、国家自然科学基金创新研究群体和渥太华大学国际合作等项目的资助。

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