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本综述通过西伯利亚鲟（Acipenser baerii）2.5月龄性未分化性腺的转录组学分析，系统揭示了性分子分化的早期图景。研究不仅确认了经典雌性化基因（hsd17b1，cyp19a1，foxl2）的早期激活，还首次在鱼类性腺分化背景下报道了与雌激素反应相关的即刻早期反应基因（jun-b，c-fos，egr1）以及褪黑素信号通路等新候选者。雄性分化中，已知基因tbx1与多个新基因共同作用。值得注意的是，未发现性偏向性雄激素产生基因。本研究为理解基底鱼类早期性别决定机制提供了新视角和丰富靶点。
背景
在硬骨鱼类中，性别决定与分化的机制已被广泛研究，但在西伯利亚鲟（Acipenser baerii）等基底鱼类中，这些过程仍然知之甚少。鲟鱼性腺发育缓慢，形态分化约发生在5-6月龄，但在性腺形成（约1月龄）之后、形态变化之前的数月窗口期，分子层面的分化已悄然启动。这为研究性分化早期事件提供了独特窗口。先前研究表明，经典的雌激素合成基因（cyp19a1，foxl2，hsd17b1）在鲟鱼雌性性腺中很早即被激活，而雄性通路中的一些关键基因（如amh，dmrt1）在同期并未表现出性偏向性表达。为了系统揭示性未分化阶段的分子图景，本研究对2.5月龄（性腺形成后1.5个月，正值分子分化起始期）的12尾遗传性别已鉴定的西伯利亚鲟（6雄6雌）进行了性腺转录组分析，旨在识别性偏向性基因及相关的分子通路。
方法
研究样本来自乌拉圭的一家鲟鱼养殖场。在2月龄时，通过已发表的遗传性别标记对鱼只进行PCR鉴定。鉴定为雄性和雌性的个体，在2.5月龄时采集性腺样本。立即提取高质量总RNA，所选样本的RNA完整性数（RIN）在8-10之间。利用Illumina NovaSeq 6000平台进行RNA测序，获得约100 bp的双端读长。使用已发表的西伯利亚鲟性腺转录组作为参考，对原始读数进行处理、比对和定量。利用R软件中的edgeR包进行雌雄性腺之间的差异表达分析，以错误发现率（FDR）<0.05为标准筛选差异表达基因（DEGs）。对鉴定的编码序列进行功能注释，并通过Gene Ontology（GO）富集分析探究雌性和雄性上调基因在生物过程、分子功能和细胞组分中的功能倾向。此外，还分析了DEGs中的编码与非编码序列。
结果
差异表达分析显示，在总共91，581个重叠群中，有119个在性别间差异表达，占总数的0.13%。其中，62个在雌性中上调，57个在雄性中上调，其余99.87%的基因无显著差异。在性偏向性基因中，仅有32个雌性偏向和29个雄性偏向的重叠群编码蛋白质，其余为过表达的非编码RNA。
在雌性中，上调最显著的基因是hsd17b1。经典的雌激素产生基因（hsd17b1，cyp19a1，foxl2）聚集在一个表达簇中。另一个雌性偏向基因簇则包含了已知能对雌激素快速反应的即刻早期反应基因（jun-b，c-fos，ier2），以及此前未与雌二醇联系起来的基因（di-ras2，trh-r等）。这个“簇4”中的基因表达水平显著高于“簇3”中的经典雌激素合成基因。此外，研究中还发现血清素N-乙酰转移酶（aanat，褪黑素生物合成关键酶）和转录因子egr1在雌性性腺中过表达。
在雄性中，上调最显著的基因是tbx1，这是一个在硬骨鱼类睾丸分化中已知的因子。其他雄性偏向的新候选基因包括plin1，nrxn3，chs2和mmp9。值得注意的是，没有发现与雄激素产生相关的性偏向性基因。
GO富集分析进一步揭示了性别的功能分化。雌性上调基因显著富集的GO条目与“类固醇激素生物合成”、“促性腺激素反应”、“颗粒细胞分化”、“褪黑素代谢”以及“转录因子如AP-1”等功能密切相关。雄性上调基因则富集在“激素代谢过程”和“视黄酸信号”等更为一般的代谢通路上，与性分化直接相关的条目较少。
讨论
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雌性分化通路的新见解：本研究确认了由hsd17b1，cyp19a1，foxl2构成的经典雌激素生产通路在2.5月龄已激活。更重要的是，研究首次在鱼类性腺分化背景下，识别出一系列受雌激素调控的即刻早期反应基因（jun-b，c-fos，egr1）。jun-b和c-fos的产物可形成AP-1转录因子复合物，不仅可能调控下游细胞增殖与分化相关基因，还可能形成独立于foxl2的正反馈回路，进一步刺激cyp19a1（芳香化酶）的表达，从而维持卵巢的雌激素微环境，如图4所示。此外，egr1作为一种转录因子，可能在雌激素诱导的性腺细胞生长和分化中扮演角色。这些基因共同构成了一个位于雌激素信号下游的功能节点，既可能参与维持雌激素水平，也调控着卵巢早期发育所需的细胞过程。
新的激素参与者：研究发现aanat（褪黑素合成关键酶）在雌性性腺中过表达，且GO分析提示“褪黑素代谢”通路富集，这为卵巢分化引入了新的激素调控视角。在鱼类中，已有证据表明褪黑素与雌激素在卵巢分化中可能存在协同作用。这引发了新的疑问：褪黑素是协同雌激素促进雌性发育，还是能以独立途径影响卵巢分化？此外，促甲状腺激素释放激素受体（trh-r）在雌性性腺中的激活也颇具新意，因为甲状腺轴通常与雄性分化相关。其具体作用机制（是循环中的TRH作用，还是受体与局部因子互作）尚需进一步探究。
雄性分化的早期图景：与雌性相比，雄性性腺在2.5月龄的分子分化特征似乎较为简单和滞后。已知的雄性关键调节基因（如amh，dmrt1，sox9）在此阶段未表现出性偏向性。本研究确认了tbx1是此时最显著上调的雄性基因，提示它可能是在缺乏雌激素的微环境下，启动睾丸发育的早期上游调节因子。这与在两栖类和爬行类中的研究结果一致，即tbx1可抑制卵巢通路并促进睾丸发育。新发现的候选基因中，mmp9（基质金属蛋白酶9）与细胞外基质重塑和生殖细胞迁移相关，可能在早期睾丸形态发生中发挥结构组织作用。值得注意的是，与雌性存在明确的雌激素生产通路不同，本研究仍未发现与雄激素产生相关的性偏向性基因，支持了早期雄性性腺分化可能不依赖类固醇生成的假说。
非编码RNA的潜在角色：在雌雄差异表达的重叠群中，有相当一部分被鉴定为非编码RNA。在鱼类中，长链非编码RNA可通过表观遗传修饰直接调控基因转录。虽然缺乏参考基因组阻碍了对其的精确分类，但这些非编码转录本的过表达提示，在鲟鱼早期性分化中，可能存在着不依赖蛋白质编码基因的转录调控层，这为未来的表观基因组学研究指出了方向。
功能通路的分化：GO富集分析结果直观反映了雌雄分化进程的差异。雌性富集到的通路与性分化、决定和激素（雌激素）生产直接且紧密相关，表明其性腺发育在此阶段已进入明确的性别特化路径。而雄性富集的通路则更多涉及一般性激素代谢（如视黄酸），特异性较弱，暗示其分子水平的性分化进程可能晚于或慢于雌性，这与鲟鱼后期性腺发育的研究观察相符。
结论
本研究首次对遗传性别已知的西伯利亚鲟在性未分化阶段的性腺进行了转录组学分析，捕捉了分子性别分化的起始快照。结果表明，在2.5月龄时，性别特异的性腺差异已然显现，且雌性的分化进程似乎早于雄性。研究不仅验证了经典雌激素通路的关键作用，更重要的是揭示了一系列新的雌性分化候选基因，特别是与雌激素反应相关的即刻早期反应基因，并提出了褪黑素、甲状腺激素受体等新的潜在调控因子。在雄性方面，tbx1被确定为早期关键因子，并与若干新基因共同作用，而雄激素相关基因依然缺席。总体而言，这项探索性研究凸显了性腺分化所涉通路的复杂性，并为理解包括鲟鱼在内的基底鱼类性腺早期发育的分子机制提供了新的假说和研究方向。
