【科學(xué)網(wǎng)】視黃酸對海馬育兒袋發(fā)育與懷孕調(diào)控機(jī)制獲揭示
中國科學(xué)院南海海洋研究所熱帶海洋生物資源與生態(tài)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室研究員林強(qiáng)團(tuán)隊(duì)主導(dǎo)、聯(lián)合香港科技大學(xué)教授錢培元團(tuán)隊(duì)，以線紋海馬（Hippocampus erectus）為研究對象，首次系統(tǒng)揭示了視黃酸在雄海馬育兒袋形成和懷孕過程中的關(guān)鍵分子與生理調(diào)控機(jī)制。相關(guān)研究10月13日在線發(fā)表于《創(chuàng)新》。
在動物界中，繁殖過程是物種基因延續(xù)和親本最重要的投資策略，而在漫長的演化過程中，動物的繁殖行為進(jìn)化出了多種模式。其中，海龍科魚類是目前已知動物界中唯一產(chǎn)生“雄性繁殖”行為的類群，這是一個令人驚訝的獨(dú)立進(jìn)化分枝，已儼然展現(xiàn)了物種進(jìn)化的“無盡形態(tài)之美”；也正因如此，它赫然得到了進(jìn)化與發(fā)育生物學(xué)家們的格外青睞。
海馬屬是海龍科物種中進(jìn)化速率最快的物種，它們衍生出了完整的育兒袋結(jié)構(gòu)，并在懷孕過程中出現(xiàn)了獨(dú)特的胎盤結(jié)構(gòu)，這在整個魚類界中也是非常奇異的進(jìn)化現(xiàn)象。相較于其他海龍科物種，海馬被認(rèn)為是研究動物復(fù)雜性狀演化的明星物種，這主要基于其特異的體型模態(tài)和繁殖策略。海馬的育兒袋與哺乳動物的子宮在關(guān)鍵基因結(jié)構(gòu)上具有顯著的同源性。
“在海馬的整個繁殖過程中，其育兒袋的結(jié)構(gòu)發(fā)生與功能特化是海馬得以實(shí)現(xiàn)其繁殖策略的‘基石’；然而，關(guān)于海馬育兒袋發(fā)生、發(fā)育和懷孕過程的分子和生理調(diào)控機(jī)制卻一直未見報(bào)道。”林強(qiáng)對《中國科學(xué)報(bào)》表示，如果能夠?qū)崿F(xiàn)對海馬育兒袋結(jié)構(gòu)與功能進(jìn)行系統(tǒng)解析，并與哺乳動物（甚至人類）的子宮和胎盤等結(jié)構(gòu)與功能發(fā)生進(jìn)行比較分析，這對于深入揭示動物界中繁殖器官和功能的獨(dú)立演化模式研究將具有深刻的理論支撐。
研究人員首次利用代謝組學(xué)方法甄選了與海馬育兒袋形成和懷孕顯著相關(guān)的194個差異代謝產(chǎn)物，包括斑蝥黃、蝦青素等，同時在轉(zhuǎn)錄層面分析和鑒定了2674個差異表達(dá)基因。基于轉(zhuǎn)錄組與代謝組學(xué)聯(lián)合分析，研究人員發(fā)現(xiàn)視黃酸在育兒袋發(fā)生發(fā)育過程中起到至關(guān)重要的調(diào)控作用。
林強(qiáng)表示，視黃酸可通過調(diào)控fshr和cyp7a1等關(guān)鍵基因的表達(dá)，影響睪酮、孕酮等激素代謝來影響育兒袋的形成；同時，視黃酸還通過調(diào)控col4a1、shh、cybb等基因表達(dá)直接影響育兒袋的組織重塑、器官發(fā)育和免疫過程。該發(fā)現(xiàn)為海龍科育兒袋發(fā)育驅(qū)動機(jī)制研究提供了重要突破口，也為后續(xù)相關(guān)研究提供了重要的切入點(diǎn)。
更為有趣的是，該研究同時發(fā)現(xiàn)視黃酸可能調(diào)控海馬懷孕過程的抗氧化防御功能。抗氧化物因其與轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白、轉(zhuǎn)錄因子、視黃酸代謝等重要基因的顯著正相關(guān)關(guān)系，在海馬懷孕過程中發(fā)揮了核心調(diào)控作用，而懷孕過程視黃酸與斑蝥黃、蝦青素等抗氧化物質(zhì)的同步下調(diào)，可能會增加懷孕期間對氧化壓力的耐受，以增加父本免疫耐受的方式降低父本對胚胎的排斥作用，從而保障了海馬妊娠過程的順利完成。
該研究首次提出并闡明了視黃酸在海馬育兒袋形成與懷孕過程中的重要角色和功能，為魚類胎生繁殖模式研究提供了新的視角，對于探索動物繁殖模式的進(jìn)化與遺傳機(jī)制等研究具有深刻的科學(xué)價(jià)值。
相關(guān)論文信息：https://doi.org/10.1016/j.xinn.2020.100052
