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作者与机构
本研究的主要作者包括Tong Chang、Ping Wang、Fenglu Han、Xiaolong Liang、Xianming Xiao、Hu Chen、Chang Xu和Erchao Li。他们分别来自海南大学热带生物资源教育部重点实验室、海南水产育种工程研究中心、华东师范大学生命科学学院以及海南中正水产科技有限公司。该研究于2024年2月发表在期刊《Aquaculture》上，DOI为10.1016/j.aquaculture.2024.740669。
学术背景
本研究的主要科学领域为水产养殖生物学，具体聚焦于太平洋白对虾（Litopenaeus vannamei）雄性生殖腺发育的阶段性特征及其调控机制。太平洋白对虾是全球水产养殖业中经济价值极高的物种，其繁殖生物学研究对推动育种技术进步至关重要。然而，关于雄性对虾生殖腺发育的研究相对匮乏，尤其是在分子调控机制方面。因此，本研究旨在通过形态学、组织学、生化和分子分析，明确雄性太平洋白对虾生殖腺发育的阶段性特征及其调控机制，为培育高质量雄性亲本和幼苗提供理论依据。
研究流程
本研究分为以下几个主要步骤：
1. 实验动物与管理：选择70日龄的太平洋白对虾幼体，观察其性别分化后，将雄性个体分离并单独培养。在培养期间，对虾每天投喂商业饲料，并在不同发育阶段进行连续解剖，记录生殖腺发育的动态变化。
2. 样本采集：在性别分化完成后，每隔5-7天随机采集9只不同大小的雄性对虾，记录其体重和体长，并在高分辨率立体显微镜下观察生殖孔、末端壶腹（terminal ampulla）和交配器官的外部形态变化。每次采样时，随机选择3只对虾进行解剖，量化肝体指数（HSI）和性腺指数（GSI），并观察睾丸、输精管和精囊的形态、颜色、大小及内容物。
3. 精子计数分析：在每个发育阶段选择3只对虾，使用血细胞计数器测量单侧精囊中的总精子数和缺失棘的精子数。
4. 组织学观察：采用常规石蜡切片技术对睾丸和中段输精管进行组织学分析，固定组织后进行脱水、包埋、切片和H&E染色，并在显微镜下观察。
5. 酶活性和激素浓度测定：采集血淋巴并分离血清，检测不同发育阶段的血清甲壳动物高血糖激素（CHH）水平。同时，测定眼柄和睾丸组织中的CHH、鸟苷酸环化酶（GC）、睾酮（T）和细胞周期依赖性激酶（CDKs）的活性。
6. 基因表达检测：使用实时荧光定量PCR技术检测眼柄和输精管中CHH1、CHH2、性腺抑制激素（GIH）、蜕皮抑制激素（MIH）、胰岛素样雄性腺激素（IAG）和胰岛素样肽（ILP）的mRNA表达水平。
7. 转录组分析：在不同发育阶段随机选择3只对虾的睾丸组织进行转录组测序，使用Hisat2和StringTie进行序列比对和转录本组装，并通过DESeq2进行差异表达基因（DEGs）分析。
8. 加权基因共表达网络分析（WGCNA）：对差异表达基因进行WGCNA分析，构建基因共表达网络，并识别与生殖腺发育相关的关键模块和核心基因。
主要结果
1. 生殖腺发育阶段特征：雄性太平洋白对虾的生殖腺发育分为四个阶段：阶段I（PL80）为生殖腺分化完成但未启动发育；阶段II（PL143）为生殖腺快速发育和生殖功能启动；阶段III（PL165）为生殖腺接近成熟；阶段IV（PL188）为生殖腺完全成熟。
2. 组织学变化：睾丸组织在不同发育阶段的细胞组成显著不同，阶段II以精原细胞和初级精母细胞为主，阶段III和IV则以次级精母细胞和精子细胞为主。
3. 激素水平变化：血清CHH水平在生殖腺发育过程中呈下降趋势，阶段III和IV显著降低。睾丸组织中的睾酮水平在阶段III达到峰值，CDKs活性在阶段I最高，随后逐渐下降。
4. 基因表达变化：CHH1、CHH2、GIH和MIH的mRNA表达水平在阶段II和III最低，阶段IV回升。IAG在阶段I和IV高表达，ILP在阶段IV显著上调。
5. 转录组分析：阶段II睾丸组织中差异表达基因数量最多，主要富集于细胞周期、RNA转运和减数分裂相关通路。WGCNA分析识别出与生殖腺发育正相关的蓝色模块和负相关的青色模块。
结论
本研究首次系统地将外部发育特征和解剖观察与生理、生化和转录组分析相结合，明确了雄性太平洋白对虾生殖腺发育的四个阶段及其特征。研究发现，眼柄CHH在生殖腺发育过程中发挥不同程度的抑制作用，阶段III抑制作用最弱，阶段I和IV抑制作用最强。转录组分析揭示了与生殖腺发育相关的关键通路和基因，为理解雄性对虾生殖腺发育的分子机制提供了重要依据。
研究亮点
1. 首次系统地将外部形态、组织学、生化和分子分析相结合，全面研究雄性太平洋白对虾生殖腺发育的阶段性特征。
2. 通过转录组和WGCNA分析，识别出与生殖腺发育相关的关键基因和通路，为后续研究提供了重要线索。
3. 研究结果对提高雄性亲本培育效率和优化水产养殖技术具有重要应用价值。
其他有价值的内容
本研究还发现，肝体指数与性腺指数呈负相关，提示肝胰腺可能在生殖腺发育过程中提供能量和营养物质。此外，研究识别出的核心基因（如F-box蛋白和kinesin样蛋白）可能在生殖腺发育中发挥关键作用，值得进一步研究。