近日，中國(guó)水產(chǎn)科學(xué)研究院黃海水產(chǎn)研究所陳松林院士團(tuán)隊(duì)在《SCIENCE CHINA Life Sciences》發(fā)表重要研究成果。該團(tuán)隊(duì)以半滑舌鰨為研究模型，借助單細(xì)胞測(cè)序技術(shù)，成功繪制出硬骨魚(yú)類性腺早期發(fā)育的單細(xì)胞圖譜，在單細(xì)胞水平系統(tǒng)解析了硬骨魚(yú)早期性腺分化的分子調(diào)控網(wǎng)絡(luò)，為脊椎動(dòng)物生殖發(fā)育研究及水產(chǎn)養(yǎng)殖性別控制提供了全新視角。
半滑舌鰨作為典型的硬骨魚(yú)類，具有顯著的性二態(tài)性，是研究性別分化機(jī)制的理想模型。長(zhǎng)期以來(lái)，脊椎動(dòng)物性腺分化研究多聚焦于哺乳動(dòng)物，而硬骨魚(yú)等非哺乳脊椎動(dòng)物在細(xì)胞水平的分化機(jī)制尚不明確，極大限制了對(duì)生殖發(fā)育進(jìn)化規(guī)律的全面認(rèn)知，也為水產(chǎn)養(yǎng)殖中的性別調(diào)控技術(shù)研發(fā)帶來(lái)挑戰(zhàn)。
針對(duì)這一研究空白，團(tuán)隊(duì)對(duì)6個(gè)發(fā)育階段的半滑舌鰨卵巢和精巢樣本開(kāi)展深度研究，通過(guò)單細(xì)胞測(cè)序技術(shù)分析了123,344個(gè)細(xì)胞核的轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)，成功鑒定出34種主要細(xì)胞類型，其中包含5種關(guān)鍵性腺細(xì)胞類型，率先繪制出硬骨魚(yú)早期性腺發(fā)育的單細(xì)胞圖譜。研究發(fā)現(xiàn)，foxl2a 和 dmrt1 作為脊椎動(dòng)物性別發(fā)育的核心基因，在半滑舌鰨雌、雄性腺支持細(xì)胞中特異性高表達(dá)，為性別分化機(jī)制研究奠定基礎(chǔ)。
硬骨魚(yú)類性腺早期發(fā)育單細(xì)胞圖譜與研究技術(shù)路線
基于該單細(xì)胞圖譜，團(tuán)隊(duì)通過(guò)偽時(shí)間分析進(jìn)一步揭示了生殖細(xì)胞的早期分化軌跡，明確了生殖干細(xì)胞向初級(jí)精母細(xì)胞、初級(jí)卵母細(xì)胞的分化路徑，并發(fā)現(xiàn)了一個(gè)全新的生殖細(xì)胞標(biāo)記基因 gpat2。該基因與已知生殖細(xì)胞標(biāo)記基因ddx4共表達(dá)，為生殖細(xì)胞的精準(zhǔn)鑒定與分離提供了新靶點(diǎn)，填補(bǔ)了硬骨魚(yú)生殖細(xì)胞標(biāo)記基因研究的空白。
生殖細(xì)胞分化軌跡與新標(biāo)記基因驗(yàn)證
細(xì)胞間通信分析顯示，雌性性腺中WNT通路調(diào)控生殖干細(xì)胞向卵母細(xì)胞分化，雄性性腺中Notch通路參與精子發(fā)生過(guò)程，而 axon guidance通路則在雌雄性腺早期發(fā)育中均發(fā)揮重要作用，形成了性別特異性的細(xì)胞通信網(wǎng)絡(luò)。
黃海所繪制的硬骨魚(yú)類性腺早期發(fā)育單細(xì)胞圖譜，為硬骨魚(yú)早期性腺分化提供了全面的單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組資源，填補(bǔ)了非哺乳脊椎動(dòng)物性別分化細(xì)胞機(jī)制研究的空白，更揭示了具有應(yīng)用價(jià)值的性別調(diào)控基因與通路。這些發(fā)現(xiàn)可為魚(yú)類性別控制育種提供重要理論依據(jù)，通過(guò)精準(zhǔn)調(diào)控性別相關(guān)基因表達(dá)，對(duì)提升水產(chǎn)養(yǎng)殖效率、優(yōu)化養(yǎng)殖品種的經(jīng)濟(jì)性狀、推動(dòng)水產(chǎn)養(yǎng)殖產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展具有重要實(shí)踐意義。同時(shí)，研究成果也豐富了脊椎動(dòng)物性別分化的進(jìn)化認(rèn)知，為生殖生物學(xué)基礎(chǔ)研究提供了新的范式與參考。
黃海所王佳林、黃亞娟、崔忠凱為論文共同第一作者，黃海所陳松林院士、德國(guó)國(guó)家科學(xué)院Leopoldina院士Manfred Schartl教授為論文共同通訊作者。本研究得到了國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目，山東省重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目，中國(guó)水產(chǎn)科學(xué)研究院中央級(jí)公益性科研院所基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)專項(xiàng)資金，山東省泰山學(xué)者攀登項(xiàng)目等的資助。
文章鏈接：
Wang J, Huang Y, Cui Z, Zhang K, Wang N, Luo J, Song Y, Hu B, Li M, Chen Y, Schartl M, Chen S. Single-nucleus RNA sequencing reveals the underlying roadmap of early gonadal differentiation in teleost. Sci China Life Sci. 2025 Nov 20. doi: 10.1007/s11427-024-2996-1
