《Comparative Biochemistry and Physiology Part D: Genomics and Proteomics》：Comparison of transcriptomics and proteomics revealed distinct molecular mechanisms underlying egg development of
Culter alburnus between northern and southern China
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生态适应过程中生物通过自然选择获得有益性状，其分子机制常不明确。以中华裂腹鱼为例，其卵类根据水流环境分为粘附型与半浮力型，本研究通过比较转录组和蛋白质组分析发现：半浮力卵通过蛋白质降解和细胞骨架重塑增强吸水，而粘附型卵则通过整合素介导的蛋白互作（如TMEM132和FN）及卵壳硬化实现附着。揭示水生环境如何重塑鱼类卵类生理与转录调控，为理解水生生物生态适应提供新视角。
陈慧帆|郭朝阳|张志毅|蔡松林|王俊|陈晓文|王成辉
由农业农村部认证的淡水水生遗传资源重点实验室，国家实验渔业科学教育示范中心，上海水产养殖工程研究中心，上海，201306，中国
摘要
生态适应是指生物通过自然选择获得有益性状的过程，这有助于提高生存能力，但其分子机制往往尚未得到充分理解。一个典型的例子是鱼类Culter alburnus，它进化出了两种不同的繁殖策略：在静水中产生粘性卵，在流动的河流中产生半浮性卵。为了阐明这种适应性的分子基础，我们对这两种卵类型进行了比较研究。研究发现，粘性卵和半浮性卵采用了不同的发育策略。半浮性卵优先进行能量动员和蛋白质合成以促进快速发育，而粘性卵则上调了与免疫调节和细胞粘附相关的基因。进一步分析表明，半浮性卵通过蛋白质降解增强水合作用，并通过微管折叠和胶原蛋白生成进行广泛的细胞骨架重塑。然而，粘性卵利用整合素与TMEM132和FN等蛋白质的相互作用来调节粘附性，这一过程伴随着卵膜的硬化。我们的结果表明，水生环境深刻地影响了鱼卵的生理和转录程序，为理解硬骨鱼的种群特异性适应性提供了重要见解。
引言
生态适应是由自然选择在长时间尺度上驱动的，它涉及积累可能有益的可遗传遗传变异，从而提高生物的生存和繁殖成功率（Gourbiere和Mallet，2005；Martínez Sosa和Pilot，2023）。这一过程可以促进种群间的遗传和表型多样化，在某些情况下甚至可能促进物种形成，从而塑造生物多样性模式（de Vos等人，2018）。适应性性状在生态适应中起着核心作用，反映了在特定生态环境中优化的形态、生理或行为特征（Dobzhansky，1956；Hu等人，2023）。著名的例子包括达尔文雀类的喙形态（Reaney等人，2020）、长颈鹿的皮毛图案（Lee等人，2018）、变色龙的隐秘色彩（Stuart-Fox和Moussalli，2008）以及软体动物的壳增厚（Song等人，2019；Zhang等人，2024）。因此，研究这些适应性性状对于理解生物多样性模式和生态系统功能至关重要（Lopez-Arboleda等人，2021）。
Culter alburnus是一种属于鲤科的淡水鱼类，原产于东亚，具有重要的经济价值（Wang等人，2007）。它广泛分布于中国的各个河流流域（He等人，2023），不同的环境条件带来了不同的选择压力，导致种群间出现显著的生理和遗传差异（Yang等人，2024）。C. alburnus的一个显著特征是存在两种不同类型的受精卵（粘性卵和浮性卵），这些卵类型与当地的水文条件有关（Shao等人，2016；Yu等人，2021）。在中国南部的湖泊（如巢湖、鄱阳湖、梁子湖和太湖）等水流缓慢或停滞的环境中，种群主要产生粘性卵，这些卵会附着在淹没的基质上。相反，在中国北部的流动水域系统中（包括丹江口水库、妙湖和星海湖），水流较快且更为动态，种群则产下浮性卵，这些卵会随水流漂浮（Shao等人，2016；Yu等人，2021）。这种种内繁殖策略的差异与特定的栖息地水流条件密切相关，使C. alburnus成为研究生态适应的理想模型，因为它减少了跨物种比较带来的混淆效应。然而，这种适应性差异背后的分子机制，特别是卵型特征的遗传或表观遗传基础，仍然很大程度上尚未被探索。卵型差异是反映了可遗传的遗传分化还是受到母体或环境因素的影响，仍有待澄清。因此，我们专注于识别与栖息地相关的卵型差异的分子相关因素和候选途径，而不是直接的选择证据。
C. alburnus的半浮性卵会随水流漂浮，这种策略可以降低高种群密度带来的风险，如资源竞争和疾病传播，并在适宜条件下促进快速孵化（Kristoffersen和Finn，2008；Tang等人，2020；Chen等人，2021）。虽然脂滴积累是某些淡水鱼卵的已知浮力机制（Battle和Sprules，1960；Greeley等人，1986；Aoki等人，2003；Fabra等人，2006），但在C. alburnus中这一特征并不存在。相反，海洋浮游卵的浮力通常是由蛋白质分解释放游离氨基酸和离子运输驱动的，从而导致渗透水流入（Finn、?stby、Norberg和Fyhn，2002a，Finn、Wamboldt和Fyhn，2002b；Finn、?stby、Norberg和Fyhn，2002a，Finn、Wamboldt和Fyhn，2002b）。尽管C. alburnus的半浮性卵在水低渗环境中也会发生水合作用，但其背后的分子机制仍不清楚。相比之下，粘性卵在受精后通过卵膜的粘附性固定在岩石或水生植被等基质上（Laale，1980）。这种附着策略降低了被捕食的风险，防止了被水流冲走，并促进了有利的孵化环境（Platania和Altenbach，1998）。研究表明，皮质囊泡中的多糖、内源性糖蛋白、脂蛋白和具有糖结合特性的凝集素有助于卵膜的硬化和粘附（Riehl和Patzner，1998；Rizzo等人，2002；Mansour等人，2009；Niksirat等人，2017）。然而，C. alburnus粘性卵的粘附性分子机制尚未明确。对比这两种不同卵型的分子途径对于解码C. alburnus的繁殖策略的生态适应性至关重要。
在这项研究中，我们进行了比较转录组学和蛋白质组学分析，以研究具有不同产卵策略的C. alburnus种群中卵的水合作用和粘附性的分子基础。这些种群在地理上分为中国北部和南部地区，也对应着不同的水文环境，这些环境影响了它们的繁殖行为和卵的特性。本研究旨在揭示C. alburnus两种卵类型之间的形态差异以及信号通路、遗传和代谢变化。结果为理解硬骨鱼的生态适应性提供了新的见解。
样本收集
我们从星海湖（北部种群）和滇山湖（南部种群）获取了C. alburnus的样本，并在上海松江区的水产养殖场进行饲养。这两个湖泊位于不同的地理区域，星海湖位于中国北部，滇山湖位于中国南部。这些湖泊在水温、流速和水质等水文特性上存在差异。
显微镜下观察卵的形态
图1展示了来自C. alburnus南部和北部种群的未受精卵和受精后30分钟的卵的代表性图像。受精后，浮性卵迅速吸水并膨胀，在立体显微镜下观察到卵周间隙充满卵周液。浮性卵的直径从1.13±0.05毫米显著增加到2.19±0.16毫米。相比之下，粘性卵则表现出明显的
讨论
通过综合表型、转录组学和蛋白质组学分析，我们的研究阐明了C. alburnus中半浮性卵和粘性卵生态驱动的分子机制。这些生态适应反映了应对不同水文环境的独特策略：半浮性卵通过最大化水合作用和膜弹性来保持在水柱中的位置，而粘性卵则通过专门的
CRediT作者贡献声明
陈慧帆：撰写——原始草稿，可视化，验证，软件，方法学，正式分析。郭朝阳：可视化，验证，软件，方法学。张志毅：可视化，软件，方法学。蔡松林：可视化，软件，方法学。王俊：撰写——原始草稿，可视化，验证，监督，项目管理，研究。陈晓文：撰写——审阅与编辑，可视化，验证，项目管理，研究。
机构审查委员会声明
所有实验均符合上海海洋大学研究所的机构动物护理和使用委员会（IACUC）的规定（SHOU-DW-2021-018）。
资助
本工作得到了国家自然科学基金（NSFC）在“鱼类远距离杂交和分子辅助育种新技术”项目下的支持（资助编号：32294325014）。
利益冲突声明
作者声明他们没有已知的可能影响本文所述工作的财务利益或个人关系。
致谢
我们感谢所有支持这项研究的技术人员，以及所有对手稿提出宝贵建议的编辑和审稿人。
