期刊名： Fishes

期刊主页：https://www.mdpi.com/journal/fishes

原文链接：https://www.mdpi.com/2410-3888/11/1/43

原文标题：Gonadal Transcriptome Analysis Identifies Sex-Related Genes and Regulatory Pathways in Spotted Longbarbel Catfish (Hemibagrus guttatus)

性腺转录组分析揭示斑鳠性别相关基因及调控通路

斑鳠(Hemibagrus guttatus)，俗称白须魽，被誉为珠江四鲜之一，具有重要的经济与生态价值。由于过度捕捞与栖息地退化，其野生种群数量急剧减少，于2021年被列入中国国家二级保护野生动物名录。然而，该物种雌雄外观极度相似，缺乏可辨识的第二性征，这为其人工繁殖中的亲本筛选带来巨大困难，严重制约了保护与可持续利用进程。来自天津农学院、中国水产科学研究院珠江水产研究所等单位的科研团队在Fishes期刊发表研究，通过对斑鳠精巢与卵巢的高通量转录组比较分析，系统揭示了其性别分化的分子机制。研究共鉴定出8694个差异表达基因，其中88个为关键性别相关基因，包括在精巢中高表达的dmrt1、sox9等，以及在卵巢中高表达的cyp19a、wnt8等。研究进一步发现，TGF-β信号通路、类固醇激素生物合成通路和胰岛素分泌通路等可能在性别分化中起核心作用。

研究过程与结果

本研究首先通过HE染色，系统观察了斑鳠卵巢与精巢在不同发育阶段的组织学特征，明确了其性腺发育的组织学基础，并筛选出性腺发育至IV期的雌雄斑鳠性腺组织进行后续的高通量转录组测序，此时的性腺组织接近成熟，性腺拥有最完整的细胞类型，确保了参与配子发生、性别分化、类固醇生成和交配准备的基因在高丰度和高特异性下表达。

斑鳠不同发育阶段性腺的组织学观察

A–D斑鳠第 I–IV 期卵巢组织形态学观察； E–H斑鳠第 I–IV 期精巢组织形态学观察；

OC：卵母细胞；SG：精原细胞；NC：核仁；PC：初级精母细胞；

BM：双层膜；SC：次级精母细胞；YG：卵黄颗粒；ST：精子细胞。

通过对雌雄各3尾个体的性腺进行转录组测序，研究共鉴定出8694个差异表达基因，其中6369个基因在精巢中高表达，2325个在卵巢中高表达。GO富集分析显示，共有3723个差异基因被富集到分子功能(molecular function)、细胞组分(cellular component)和生物过程(biological process)3个一级条目中。KEGG富集分析显示，所有的差异基因被富集到5大类的293个KEGG通路中，其中环境信息进程、代谢和有机系统3大类的20个通路被认为在雌雄性腺中存在显著差异，富集差异基因最多的3个通路是果蝇光转导通路(Phototransduction - fly)、钙信号通路(Calcium signaling pathway)和神经活性配体-受体相互作用通路(Neuroactive ligand-receptor interaction)，分别富集了251、151和140个差异基因。该结果清晰反映出斑鳠雌雄个体在性腺发育中存在显著的转录组差异。

斑鳠雌雄性腺差异表达基因的火山图

基因表达使用Salmon(版本:v1.10.1)进行分析，通过计算每个样品映射到基因中的reads数，计算基因表达水平FPKM，对基因表达水平进行量化，随后使用EdgeR(版本：3.19)进行差异表达分析，选择差异倍数|log2 fold change| >2且p-value小于0.05的基因为差异表达基因。共筛选出88个与性别分化密切相关的基因，包括在精巢中高表达的dmrt1、sox9、spata17等雄性特异性表达基因，以及在卵巢中高表达的cyp19a、bmp15、hsd11b1等雌性特异性表达基因。这些基因构成了斑鳠性别分化的核心候选基因集。随后通过构建性别相关基因的蛋白质互作网络，研究发现prkaca（蛋白激酶A催化亚基）与多个性别调控基因存在高度连接，提示其可能作为性别分化信号网络中的关键调控节点。

斑鳠性腺中性别相关差异表达基因的表达热图

F 表示雌性；M 表示雄性。数字 1 至 3 分别代表同一实验组内的不同生物学重复样本。

斑鳠性别相关差异表达基因的蛋白互作（PPI）网络图

研究总结

本研究通过对斑鳠性腺的组织学观察与转录组比较分析，系统筛选出8694个差异表达基因，并从中识别出88个可能与性别相关的候选基因，包括雄性高表达的DMRT家族基因、SPATA家族基因，以及雌性高表达的CYP家族基因、HSD11B家族基因等。通路富集分析进一步提示，TGF-β信号通路、类固醇激素生物合成、钙信号通路及皮质醇合成与分泌通路可能共同参与调控该物种的性别分化过程。这些结果为理解斑鳠性别分化的潜在分子机制提供了重要线索，也为后续开发非损伤性性别鉴定方法与人工繁殖技术优化奠定了分子基础。未来研究可通过功能实验进一步验证上述基因与通路的作用，并结合多组学手段深入解析其性别决定与环境互作的调控网络。

Fishes 期刊介绍

主编：Maria Angeles Esteban, University of Murcia, Spain

期刊主要发表鱼类和其他水生动物，以及渔业水产领域的前沿研究成果，涉及水生动物的生物学、生态学，水产动物养殖等各个方面。