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　　近日，中國(guó)科學(xué)院南海海洋研究所熱帶海洋生物資源與生態(tài)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室研究員林強(qiáng)團(tuán)隊(duì)與香港科技大學(xué)教授錢(qián)培元團(tuán)隊(duì)合作，以線紋海馬（Hippocampus erectus）為研究對(duì)象，揭示視黃酸（Retinoic acid）在雄海馬育兒袋形成和懷孕過(guò)程中的關(guān)鍵分子與生理調(diào)控機(jī)制（圖1）。相關(guān)研究成果在線發(fā)表在The Innovation上。
　　在動(dòng)物界，繁殖過(guò)程是物種基因延續(xù)和親本重要的投資策略，在演化過(guò)程中，動(dòng)物的繁殖行為進(jìn)化出多種模式。其中，海龍科魚(yú)類(lèi)是動(dòng)物界產(chǎn)生“雄性繁殖”行為的類(lèi)群，是一個(gè)獨(dú)立進(jìn)化分枝。對(duì)于整個(gè)海龍科物種而言，其懷孕過(guò)程伴隨行為、組織和基因水平的特異性變化，甚至在雌、雄個(gè)體間產(chǎn)生明顯的性別二態(tài)性，這是物種長(zhǎng)期的適應(yīng)性進(jìn)化結(jié)果。海馬屬是海龍科物種中進(jìn)化速率較快的物種（Nature，2016），它們衍生出較為完整的育兒袋結(jié)構(gòu)，并在懷孕過(guò)程中出現(xiàn)獨(dú)特的胎盤(pán)結(jié)構(gòu)。近期的研究證明，海馬等物種的雄性懷孕過(guò)程與哺乳動(dòng)物的母體胎生繁殖方式存在顯著的趨同進(jìn)化模式（National Science Review，2020）。
　　相較于其他海龍科物種，海馬基于其特異的體型模態(tài)和繁殖策略，被認(rèn)為是研究動(dòng)物復(fù)雜性狀演化的物種。海馬的育兒袋與哺乳動(dòng)物的子宮在關(guān)鍵基因結(jié)構(gòu)上具有顯同源性（PNAS，2020）?；诖耍绻麑?shí)現(xiàn)對(duì)海馬育兒袋結(jié)構(gòu)與功能的解析，并與哺乳動(dòng)物（甚至人類(lèi)）的子宮和胎盤(pán)等結(jié)構(gòu)與功能發(fā)生進(jìn)行比較分析，為揭示動(dòng)物界繁殖器官和功能的獨(dú)立演化模式研究提供理論支撐。在海馬的繁殖過(guò)程中，育兒袋的結(jié)構(gòu)發(fā)生與功能特化是海馬得以實(shí)現(xiàn)其繁殖策略的“基石”，然而，關(guān)于海馬育兒袋發(fā)生、發(fā)育和懷孕過(guò)程的分子和生理調(diào)控機(jī)制未見(jiàn)報(bào)道。
　　研究人員利用代謝組學(xué)方法甄選與海馬育兒袋形成和懷孕顯著相關(guān)的194個(gè)差異代謝產(chǎn)物，包括斑蝥黃（canthaxanthin）、蝦青素（astaxanthin）等，同時(shí)在轉(zhuǎn)錄層面分析和鑒定2674個(gè)差異表達(dá)基因。基于轉(zhuǎn)錄組與代謝組學(xué)聯(lián)合分析，研究發(fā)現(xiàn)視黃酸在育兒袋發(fā)生發(fā)育過(guò)程中起到重要的調(diào)控作用。視黃酸可通過(guò)調(diào)控fshr和cyp7a1等重要基因的表達(dá)，影響睪酮（testosterone）、孕酮（progesterone）等激素代謝來(lái)影響育兒袋的形成；視黃酸還通過(guò)調(diào)控col4a1、shh、cybb等基因表達(dá)影響育兒袋的組織重塑、器官發(fā)育和免疫過(guò)程。該研究對(duì)海龍科育兒袋發(fā)育驅(qū)動(dòng)機(jī)制研究有重要意義，也為后續(xù)相關(guān)研究提供切入點(diǎn)。
　　該研究發(fā)現(xiàn)視黃酸可能調(diào)控海馬懷孕過(guò)程的抗氧化防御功能?？寡趸镆蚱渑c轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白、轉(zhuǎn)錄因子、視黃酸代謝等基因的顯著正相關(guān)關(guān)系，在海馬懷孕過(guò)程中發(fā)揮調(diào)控作用，而懷孕過(guò)程視黃酸與斑蝥黃、蝦青素等抗氧化物質(zhì)的同步下調(diào)，可能增加懷孕期間對(duì)氧化壓力的耐受，通過(guò)增加父本免疫耐受的方式降低父本對(duì)胚胎的排斥作用，從而保障海馬妊娠過(guò)程的完成（圖2、3）。
　　該研究提出并闡明視黃酸在海馬育兒袋形成與懷孕過(guò)程中的角色和功能，為魚(yú)類(lèi)胎生繁殖模式研究提供新視角，對(duì)于探索動(dòng)物繁殖模式的進(jìn)化與遺傳機(jī)制等具有科學(xué)價(jià)值。論文通訊作者為林強(qiáng)與錢(qián)培元，論文第一作者為助理研究員李春燕。研究工作受到國(guó)家杰出青年科學(xué)基金項(xiàng)目、南方海洋科學(xué)與工程廣東省實(shí)驗(yàn)室（廣州）重大專(zhuān)項(xiàng)團(tuán)隊(duì)項(xiàng)目和中科院盧嘉錫國(guó)際創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)項(xiàng)目等的資助。
　　論文鏈接
　　圖1.視黃酸在海馬雄性育兒袋發(fā)育與懷孕過(guò)程中的調(diào)控機(jī)制示意圖
　　圖2.視黃酸在海馬育兒袋形成和懷孕過(guò)程中的調(diào)控作用（A）視黃酸合成及信號(hào)通路基因在線紋海馬和膨腹海馬（Hippocampus abdominalis）懷孕過(guò)程中的變化趨勢(shì)；（B）視黃酸調(diào)控基因及其在育兒袋形成和懷孕過(guò)程中發(fā)揮的主要功能
　　圖3.抗氧化防御在海馬育兒袋發(fā)育過(guò)程中的作用網(wǎng)絡(luò)（A）氧化及抗氧化物質(zhì)在育兒袋不同發(fā)育時(shí)期的變化趨勢(shì)；（B-C）育兒袋形成和懷孕過(guò)程抗氧化物質(zhì)與差異表達(dá)基因的相關(guān)性作用網(wǎng)絡(luò)