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福建牡蛎(Crassostreaangulata),又称葡萄牙牡蛎,是我国南方贝类养殖的主要种类,并且近年来其商业价值不断增加,对福建牡蛎生殖调控的研究在养殖中具有重要的应用价值。此外,牡蛎是分析河口污染情况的环境指示种,养殖环境中大量的污染物可以通过扰乱牡蛎的内分泌调节影响牡蛎的生理活动,因此对牡蛎内分泌机制的研究显得格外重要。然而目前国内外有关贝类生殖内分泌的研究却十分有限。本文通过分子生物学和生物化学方法对福建牡蛎的性类固醇激素、类固醇合成酶、类固醇激素受体和类固醇生成因子进行了相关研究,并比较了三倍体和二倍体福建牡蛎生殖内分泌方面的差异。主要结果如下:
1.性类固醇激素在福建牡蛎性腺发育中的作用
福建牡蛎卵巢和精巢中雌二醇和睾酮的含量分别为95.97~280.98pg/g、16.06~30.09pg/g,并且雌二醇在卵巢中含量更高(P<0.05),睾酮在精巢中含量更高(P<0.05)。这两种激素的含量分别随着牡蛎卵巢和精巢的发育逐渐增加,但在配子排放后显著下降(P<0.05)。用一定浓度的雌二醇对性腺发育早期的福建牡蛎进行活体浸泡,结果发现雌二醇对牡蛎卵黄蛋白原基因的表达具有显著的诱导效果(P<0.05)。总的来说,雌二醇和睾酮的含量变化与福建牡蛎的生殖周期密切相关,在福建牡蛎的性腺发育和成熟过程中发挥了重要作用。
2.福建牡蛎性类固醇激素的合成机制
克隆获得了福建牡蛎三个类固醇合成酶3β-HSD、17β-HSD和Cyp17基因的cDNA全长,它们全长分别为1444、1149、2098bp,各自编码356、307、250个氨基酸。这三个基因在牡蛎大多数组织中均有表达,但在性腺中表达量最高(P<0.05)。牡蛎性腺中3β-HSD和Cyp17基因的表达量从增殖期到成熟期逐渐升高,而在配子排放后急剧降低(P<0.05)。相反,在性腺成熟过程中17β-HSD基因的表达量较低,而在发育前和排放后其表达量较高(P<0.05)。生殖周期中3β-HSD、17β-HSD和Cyp17基因的表达模式与牡蛎性腺中雌二醇和睾酮水平变化呈较好的相关性。原位杂交结果显示这三个基因均表达在卵巢的滤泡细胞中。此外,利用透射电镜技术观察到福建牡蛎性腺的滤泡细胞中含有大量的线粒体、发达的内质网、散落的糖原颗粒和脂滴,细胞表面还具有微绒毛结构,显示出内分泌细胞的典型特征。因此结合原位杂交和透射电镜的结果,我们推测滤泡细胞是福建牡蛎性腺中的内分泌细胞。
3.福建牡蛎性类固醇激素的作用机制
获得了福建牡蛎一个编码744个氨基酸的雌激素受体基因,全长3161bp,它与其他贝类雌激素受体的氨基酸序列相似性超过60%。雌激素受体基因在福建牡蛎卵巢中高表达(P<0.05),并主要表达在卵巢的滤泡细胞中。与雌二醇含量在福建牡蛎性腺不同发育阶段的变化趋势相似,雌激素受体基因的表达量从增殖期开始逐步上升,在成熟期达到最高值(P<0.05),而排卵后又快速回落(P<0.05)。而整个生殖周期中,牡蛎精巢中雌激素受体基因的表达量一直维持在较低水平。当向性腺中注射雌激素受体dsRNA后,研究发现牡蛎性腺卵黄蛋白原基因的表达受到抑制,配子发育明显受阻,这表明雌激素受体可能参与了性类固醇激素对牡蛎性腺发育的调控。
4.福建牡蛎的类固醇生成因子
克隆获得了福建牡蛎一个孤儿核受体基因FTZ-F1,其cDNA全长2357bp,共编码530个氨基酸。福建牡蛎FTZ-F1的氨基酸序列与其他物种具有较高的相似性,尤其在DNA结合区(>90%)和配体结合区(>44%)。福建牡蛎卵巢中FTZ-F1基因的表达量最高,且生长期和成熟期的表达量分别高达排放期的153和54倍(P<0.05)。FTZ-F1基因主要表达在牡蛎卵细胞周边的滤泡细胞中。当用RNAi的方法抑制牡蛎FTZ-F1基因的表达后,性腺中3β-HSD、Cyp17、Follistatin基因的表达量下降,雌二醇和睾酮的含量降低,性腺发育迟缓。因此,我们推测FTZ-F1作为类固醇生成因子参与了牡蛎体内类固醇激素的合成调节。
5.三倍体和二倍体福建牡蛎生殖内分泌的差异
经过10个月的海区养殖之后,三倍体福建牡蛎壳高、总重、闭壳肌重分别高出二倍体10%、29.6%和40%。但是三倍体牡蛎的性腺发育受到抑制,仅发现27%的个体发育出明显的精巢和卵巢。在生殖内分泌方面,三倍体福建牡蛎的性类固醇激素水平及内分泌相关基因(包括Vg、3β-HSD、Cyp17、FTZ-F1和Follistatin)的表达量也较二倍体有所降低。可见,三倍体牡蛎育性差可能与生殖内分泌调节受到抑制有密切关系。