本研究由Chenpeng Zuo、Yonghang Zhang等作者共同完成，研究团队来自中国海洋大学（Ocean University of China）教育部海水养殖重点实验室和日照市海洋与渔业研究所（Institute of Marine and Fisheries Research in Rizhao）。研究成果发表于2025年的《General and Comparative Endocrinology》期刊，标题为《Using transcriptome analysis to investigate the induction of vitellogenesis in female Japanese eels (Anguilla japonica)》。
学术背景
日本鳗鲡（Anguilla japonica）是一种具有重要经济价值的洄游性鱼类，其复杂的生活史导致其生长、发育和繁殖机制存在诸多未解之谜。在人工养殖条件下，日本鳗鲡的卵母细胞发育会停滞在皮质泡阶段（cortical vesicle stage），仅能通过人工诱导进入卵黄生成期（vitellogenesis）。然而，部分雌性个体即使接受相同的激素处理，其卵巢仍停滞在核周阶段（perinucleolar stage）。本研究旨在从脑-垂体-性腺轴（brain-pituitary-gonad axis, BPG轴）的角度，通过转录组分析揭示这一现象的分子机制，为日本鳗鲡的人工繁殖提供理论基础。
研究流程
实验设计与样本采集
- 研究对象：体重0.8-1.0 kg的雌性日本鳗鲡，购自中国青岛水产市场。
- 激素处理：每周注射人绒毛膜促性腺激素（hCG）和促黄体激素释放激素类似物（LHRH-a2），持续10周。
- 分组与采样：根据卵巢发育状态分为正常发育组（developed, D组）和发育停滞组（undeveloped, UD组），每组3个生物学重复。采集脑（含垂体）和卵巢组织，分别进行转录组测序。
组织学分析
- H&E染色：卵巢组织固定后切片，观察卵泡发育阶段。结果显示，D组卵泡处于卵黄生成期，而UD组停滞在核周阶段，且UD组个体胸鳍呈灰色透明状，卵巢体积显著较小。
转录组测序与数据分析
- RNA提取与文库构建：使用Sparkzol试剂提取总RNA，通过Illumina HiSeq X Ten平台生成150 bp双端测序数据。
- 差异表达基因（DEGs）分析：采用HISAT2比对参考基因组（PRJNA852364），StringTie定量，DESeq2筛选差异基因（|log2FC|>1，padj<0.05）。
- 功能富集分析：通过GO和KEGG数据库分析DEGs的生物学功能及通路，重点关注与生殖相关的通路（如类固醇合成、MAPK信号通路等）。
- 蛋白质互作网络（PPI）分析：使用STRING数据库和Cytoscape软件构建互作网络，通过CytoHubba插件识别枢纽基因（hub genes）。
主要结果
转录组差异分析
- 脑与垂体组织：UD组与D组相比，鉴定出624个DEGs（220上调，404下调）。下调基因显著富集于激素活性（hormone activity）、类固醇结合（steroid binding）和MAPK信号通路（MAPK signaling pathway）等。关键基因包括调控促性腺激素释放的TAC1（tachykinin precursor 1）和参与卵母细胞减数分裂的IGF1、ADCY3。
- 卵巢组织：802个DEGs（600上调，202下调）富集于Wnt信号通路（Wnt signaling pathway）和类固醇生物合成（steroid biosynthesis）等通路。枢纽基因ASPM和MCPH1与性腺发育相关。
关键通路与基因
- FSH亚基基因异常：促卵泡激素（FSH）的两个亚基基因CGA和FSHB在UD组中表达异常，可能直接导致卵巢发育停滞。
- 类固醇激素调控：类固醇合成相关基因（如CYP11A1、CYP1B1）和孕酮介导的卵母细胞成熟通路（progesterone-mediated oocyte maturation）在UD组中显著下调，影响卵黄积累和卵母细胞成熟。
PPI网络分析
- 脑组织中枢纽基因包括INS、FSHB和CCNA1；卵巢组织中ASPM和MCPH1与减数分裂和卵泡发育相关。
结论与意义
本研究首次通过转录组分析揭示了日本鳗鲡卵巢发育停滞的分子机制：
1. 科学价值：阐明了BPG轴中FSH亚基基因、类固醇合成和MAPK信号通路的异常表达是导致卵巢停滞的关键因素，补充了鱼类生殖内分泌调控的理论体系。
2. 应用价值：为人工诱导日本鳗鲡繁殖提供了靶向基因（如FSHB、CYP11A1）的调控策略，有望提高人工繁殖效率。
研究亮点
- 多组学整合：结合组织学、转录组和PPI网络分析，系统性解析了卵巢发育停滞的分子机制。
- 新发现：首次报道TAC1和ASPM在日本鳗鲡卵泡发育中的调控作用。
- 技术创新：采用高深度测序（Q30>92%）和定制化分析流程，提高了低丰度生殖相关基因的检出率。
其他价值
研究数据已上传至NCBI（登录号PRJNA1212544），为后续比较基因组学研究提供了资源。此外，提出的“多基因协同调控”模型可为其他硬骨鱼类的人工繁殖研究提供参考。