南海所研究團隊揭示海馬對近岸海洋環境變化響應的分子機制

2020-12-19 嶺南科苑

近日，中國科學院南海海洋研究所熱帶海洋生物資源與生態重點實驗室林強研究員團隊，以海馬為研究對象，系統揭示了海洋近岸環境汙染物對海馬性腺與育兒袋發育影響的分子機制，闡明了海洋環境變化對海洋生物行為、生理與基因層面的綜合作用機理。相關研究成果「Effects of tributyltin on gonad and brood pouch development of male pregnant lined seahorse (Hippocampus erectus) at environmentally relevant concentrations」於2020年12月15日在線發表於國際知名刊物《Journal of Hazardous Materials》（《有害物質雜誌》）（中科院1區TOP期刊，IF=9.038）。

海馬是探索海洋生態環境變化研究的指示和旗艦物種。目前世界範圍內的海馬資源普遍嚴重衰退，所有海馬種類都已被列為世界自然保護聯盟紅色物種名錄和CITES公約附錄，海馬種群資源保護迫在眉睫。值得注意的是，海馬主要棲息於近岸淺水，特別容易受到區域環境汙染的影響。因此，研究環境汙染物對海馬種群的潛在影響，對於開展海馬資源保護具有重要的科學意義。

三丁基氯化錫（TBT）是近海廣泛存在的有機汙染物質，對海洋生物具有顯著的內分泌幹擾效應。團隊研究人員發現，環境濃度TBT可誘導雌性海馬卵巢發生明顯閉鎖現象，轉錄組結果顯示TBT主要通過調控溶酶體和自噬體信號通路相關基因的表達來調控卵巢閉鎖；同時，TBT可能通過抑制cAMP和雄激素合成途徑相關基因表達，進而抑制精子的發生，導致海馬精巢明顯退化，形成很多空泡結構，這完全影響了海馬性腺發育過程（圖）。1 據此提出近海環境中的近海環境中的TBT能顯著影響海馬的潛在繁殖效率，從而影響海馬的資源效應。

海馬是海龍科魚類中進化速率最快的類群，產生了結構複雜、功能完善的育兒袋器官，其在懷孕過程中起到保護、滲透壓調節、免疫、營養等多方面作用，與哺乳動物的母體子宮胎生方式有顯著的趨同進化特性。有趣的是，研究人員發現，TBT對海馬育兒袋發育產生有多重毒理效應，如會導致海馬育兒袋膠原纖維紊亂，誘發育兒袋的免疫響應，並可能影響血管生成功能，該發現暗示了海洋TBT影響了海馬育兒袋為胚胎發育提供基本的生存保障，對海馬懷孕過程產生非常不利的影響（圖2）。

此外，研究團隊同步發現海馬對近海多種環境激素汙染物（EE2、P4和BPA等）產生顯著的響應特徵，相關成果發表於《Science of The Total Environment》（《總體環境科學雜誌》）（Qin et al., 2020; Liu et al., 2020）。據此，在制定和實施海馬資源保護過程中，應充分考慮近岸海洋環境汙染等關鍵因素的影響。

本文通訊作者為中國科學院南海海洋研究所林強研究員和張豔紅副研究員，第一作者為湯璐博士研究生。該研究得到了中國科學院基礎前沿計劃從0到1原始創新項目、國家科技部科技基礎資源調查專項項目和南方海洋科學與工程廣東省實驗室（廣州）重大專項團隊項目等資助。

相關論文連結：

圖1 TBT對海馬性腺發育影響的分子機制

圖2 TBT影響海馬育兒袋發育及功能的分子機制

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