合成八倍體雄魚性別決定系統與有性生殖能力的重新獲得

2020-12-07 騰訊網

2020年6月10日，中國科學院水生生物研究所桂建芳院士團隊，在SCIENCE CHINA Life Sciences（《中國科學：生命科學》英文版），在線發表了題為「Regain of sex determination system and sexual reproduction ability in a synthetic octoploid male fish」的論文。

多倍化對於物種的形成和進化起著至關重要的作用。與多倍體廣泛存在的植物相比，脊椎動物中的多倍體非常罕見，現今脊椎動物中發現的少量多倍體一般通過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及其生殖方式如何轉移和轉換一直還不清楚。

多倍體鯽複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生一次額外的同源多倍化演化而來，含有150多條染色體；早期研究還發現，它在行單性雌核生殖的過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後生殖方式轉換和性別決定系統轉移的理想研究模型。

近五年來，中國科學院水生生物研究所桂建芳院士團隊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，產生了一個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條染色體來自於四倍體鯽父本。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也隨之整入，導致合成八倍體形成了1:1的雌雄性比。接著發現，部分合成八倍體雄魚恢復了育性，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相同的有性生殖能力，表現出減數分裂完成，整倍體精子產生，與四倍體鯽雌魚交配胚胎發育正常，具有類似於四倍體鯽胚胎的基因表達模式，更為重要的是，這些胚胎還能產生性比為1:1且性染色體組成為XXX和XXY的合成六倍體群體。這些發現不僅為脊椎動物多倍化後性別決定系統轉移和生殖方式轉換提供了一個典型事例，同時也為銀鯽的多倍化育種提供了理論和技術支撐。

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

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