通过转录组分析揭示了Acrossocheilus fasciatus肝脏中存在性别偏向的基因表达

《Gene Reports》：Sex-biased gene expression in the liver of Acrossocheilus fasciatus revealed by transcriptomic profiling

本研究通过高通量转录组测序系统比较了中华鲟雌雄肝脏基因表达差异，发现937个差异表达基因（DEGs），其中81个在雌性上调，856个在雄性上调。功能富集分析显示DEGs主要参与类固醇生物合成、脂肪酸代谢和PPAR信号通路。雌性肝脏高表达vtg1和esr基因支持卵黄蛋白生成，雄性则显著上调hsd17b7、cyp51等类固醇合成相关基因。代谢组学分析表明雌性脂糖代谢占优，雄性碳水化合物代谢及脂质转运能力更强。值得注意的是，尽管雌性生长更快，但雄性肝脏igf1表达更高，其抑制因子igf2r和结合蛋白igfbp2a同步上调，提示igf1在雄性可能主要调控代谢而非直接促进生长。该研究首次系统揭示中华鲟肝脏性别二态性的转录组特征，为解析性别特异性调控机制及水产育种奠定理论基础。

　　

Jieming Zhang | Shengyue Lin | Sixun Li | Binhua Deng | Zixuan He | Guojun Cai | Ziyan Deng | Zihang Xie | Chong Han | Qiang Li

华南生物多样性研究中心，广州大学生命科学学院，广州，510006，中国

摘要

Acrossocheilus fasciatus是一种具有显著性别二态性的经济重要鱼类，雌雄在生长、体色和繁殖特征上存在明显差异。为了研究性别对肝脏基因表达的影响，本研究采用高通量转录组测序技术，对雌雄A. fasciatus的肝脏组织进行了系统的比较分析。共组装了40,595个单基因，其中55.74%在主要数据库中得到了功能注释。比较分析发现了937个差异表达基因（DEGs），其中81个在雌性中上调，856个在雄性中上调。功能富集分析表明，这些DEGs主要参与类固醇生物合成、脂肪酸代谢和PPAR信号通路等过程。在繁殖调控方面，vtg1和esr等基因在雌性肝脏中高表达，支持卵黄生成；而hsd17b7、cyp51和srd5a1等类固醇生成基因在雄性中显著上调，提示它们参与了雄激素的合成。代谢谱分析显示雌性倾向于脂质和蛋白质代谢，而雄性则表现出增强的碳水化合物代谢和脂质转运能力。值得注意的是，尽管雌性生长速度更快，但igf1在雄性肝脏中的表达水平更高。结合其抑制因子igf2r和结合蛋白igfbp2a的同时上调，推测雄性中的igf1可能主要参与代谢调控，而非直接促进生长。本研究首次系统揭示了A. fasciatus肝脏性别二态性的转录组特征，为深入探索调控繁殖、生长和代谢的性别特异性机制提供了理论基础。

引言

肝脏是鱼类中的核心代谢和解毒器官，在能量平衡、渗透调节和异生物质清除中起着关键作用（Sangiao-Alvarellos等人，2003；Sangiao-Alvarellos等人，2005；Tseng和Hwang，2008；Van Der Oost等人，2003）。重要的是，肝脏也是硬骨鱼类中转录性别二态性的主要部位，表现出广泛的性别偏向性基因表达（Zheng等人，2013）。在雌性中，肝脏通过合成卵黄前体（如卵黄蛋白原）直接支持卵子发生，这一过程主要由雌激素信号调节（Chen等人，2008；Lee等人，2002）。在雄性中，越来越多的证据表明肝脏参与生殖生理，可能通过类固醇前体的代谢和内分泌通路的调节（Garcia-Reyero等人，2018）。因此，比较分析两性之间的肝脏转录组为揭示鱼类性别特异性特征的分子机制提供了有力手段。

Acrossocheilus fasciatus是一种分布于中国东部和南部的淡水石斑鱼（Fu等人，2016；Zhou等人，2023）。它表现出明显的性别二态性，使其成为此类研究的理想对象。成熟的雄鱼腹部有鲜艳的红色色素沉着，这一特征在观赏水产养殖中非常受欢迎；而雌鱼则具有更强的生长能力和较高的肉质价值，凸显了其在食品生产中的重要性（Ren等人，2023；Zhang等人，2012）。这些形态和生理上的显著差异表明基因调控存在深刻的潜在差异，但在分子水平上尚未得到充分探索。

尽管下一代测序技术已被用于研究A. fasciatus对环境压力的反应（Wang等人，2023b；Wei等人，2023）和生殖腺发育（Ren等人，2023），但对其肝脏这一具有性别二态性的关键器官的性别偏向性基因表达的针对性研究仍然缺乏。这一空白限制了我们对控制其性别二态性的内在调控网络的理解，并阻碍了其在遗传育种中的潜在应用。为此，我们首次对雌雄A. fasciatus的肝脏组织进行了比较转录组分析。我们的目标有三个：（1）识别和编目性别偏向性基因；（2）通过富集和网络分析阐明其潜在的生物学功能；（3）为该物种建立基因组资源，类似于其他硬骨鱼类的研究（Chen等人，2021），从而促进未来关于性别特异性调控和水产养殖改进的研究。

样本收集

样本采集

本研究从中国广东省韶关渔业研究所获得了性成熟的A. fasciatus》个体，年龄为一岁。这些鱼在实验室水族箱中经过两周的适应性训练，条件控制为（温度：25 ± 0.3°C；pH值：7.5–7.8）。选择了六条个体（三雌三雄），它们的体长和体重相当，使用MS-222（Sigma，美国）进行麻醉后处死。迅速切除肝脏组织。

转录组组装结果概述

本研究从三条雌性和三条雄性A. fasciatus的肝脏组织中构建了六个cDNA文库，并在Illumina HiSeq平台上进行了测序。经过严格的质量控制和数据筛选，获得了总计38.43 GB的高质量读段，平均每个样本6.40 GB（范围为5.73至7.43 GB）。所有样本的Q20值均高于98%（平均98.75%），Q30值高于95%（平均95.73%），GC含量超过46%（平均46.70%）。

讨论

肝脏是鱼类中的核心代谢和内分泌调节器官，在能量平衡、物质转化和生殖调控等生理过程中起着关键作用（Tseng和Hwang，2008）。A. fasciatus是一种具有经济价值的水生物种，因其观赏价值和食用价值而受到重视，雄鱼具有鲜艳的体色，而雌鱼的生长速度更快且营养价值更高（Ren等人，2023）。

结论

本研究首次使用转录组测序技术系统比较了雌雄A. fasciatus的肝脏基因表达。共鉴定出937个差异表达基因（DEGs），其中雄性肝脏中上调的基因数量（856个）明显多于雌性肝脏（81个）。一些基因，包括vtg1、esr、cyp7a1、glul和glud1，在雌性中表达偏重；而hmgcr、mvd、fdps、igf1、igfbp2a、igf2r、gk5、cpt1a和gpd1等基因在雄性中显著上调。

Jieming Zhang：撰写初稿、项目管理、正式分析。 Shengyue Lin：软件开发、方法学设计。 Sixun Li：方法学设计、数据管理。 Binhua Deng：数据验证、方法学设计。 Zixuan He：数据验证。 Guojun Cai：软件使用。 Ziyan Deng：数据可视化。 Zihang Xie：数据可视化。 Chong Han：撰写、审稿与编辑、监督、概念构思。 Qiang Li：撰写、审稿与编辑、监督、概念构思。

资助

本研究未获得公共部门、商业机构或非营利组织的任何特定资助。

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的可能影响本文研究的财务利益或个人关系。