《Aquaculture》：Hormonally and chemically induced male-to-female sex reversal is independent of Y-chromosome number in common carp
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性别反转与Y染色体数量无关的普通鲤鱼F-yy诱导策略研究。通过比较17β-雌二醇、雌酮及三甲люд甾烷等七种处理组合在2和4个月暴露下的效果，发现雌酮单独处理2个月诱导效率达89.89%，且XY与YY雄性性别反转效率无显著差异。首次在鲤科鱼类成功生产F-yy个体，证实性别反转机制与Y染色体数量无关。
陈光新|郭元奇|荣毅|李兆贤|姜 mouyan|李瑞|张希娅|李永明|魏玉莱|宋彦龙|陈吉|陶斌斌|胡伟
中国科学院水生生物学研究所养殖生物技术与可持续水产养殖国家重点实验室，湖北洪山实验室，武汉430072，中国
摘要
作为世界上最具入侵性的淡水鱼类之一，普通鲤鱼（Cyprinus carpio）构成了重大的生态挑战。为了实现基于特洛伊Y染色体的种群控制，生产YY假雌鱼（F-yy）至关重要，但这一目标至今尚未实现。为了解决这一问题，我们系统评估了七种激素或化学处理方法——17β-雌二醇（E2）、E2 + 氟他胺（F）、E2 + 三氯乙烯（Tri）、17α-乙炔雌二醇（EE2）、雌酮（E1）、己烯雌酚（DES）和己酸雌二醇（H），并在两种暴露时间（2个月和4个月）下进行了测试，以确定最佳雌性化方案，并比较XY型和YY型雄鱼之间的性别反转反应。在所有处理方法中，E2 + F和E1的雌性化效率最高，2个月暴露后的转化率超过了89.9%。基因表达分析证实，这两种处理方法都使XY型和YY型的假雌鱼完全实现了性别反转。生长和发育特征的评估表明，E1引起的生理干扰最小，保持了正常的生长、高存活率和低畸形率。令人惊讶的是，组织学和统计分析显示，在任何处理方法和暴露时间下，XY型和YY型之间的性别反转效率没有显著差异，生长和发育参数也相似。总体而言，我们建立了一种有效的策略来雌性化XY型和YY型鲤鱼，并首次成功生产出了F-yy个体，同时证明了普通鲤鱼中激素和化学诱导的雄性到雌性的性别反转与Y染色体数量无关。这些发现为入侵物种的控制提供了宝贵的生物学资源，并加深了对硬骨鱼类性别反转机制的理解。
引言
普通鲤鱼（Cyprinus carpio）是一种具有XX/XY性别决定系统的鲤科硬骨鱼类（Bongers等人，1994；Bongers等人，1999）。由于其高度适应性和繁殖能力，它也被认为是世界上最具入侵性的“亚洲鲤鱼”之一（Koehn，2004；Bajer和Sorensen，2010；Singh等人，2010；Luque等人，2013；McCormick等人，2020；Li等人，2021；Hopf等人，2023）。特洛伊Y染色体（TYC）策略已被提出作为一种有前景的生物控制方法，适用于具有XX/XY性别决定的入侵鱼类，该方法依赖于反复引入YY个体（Gutierrez和Teem，2006；Teem和Gutierrez，2010；Cotton和Wedekind，2007；Parshad和Gutierrez，2010；Wang等人，2014；Wang等人，2016；Lyu等人，2020）。这一策略的成功实施依赖于YY亲本的可靠生产，特别是表型为YY的雌鱼（F-yy）（Chen等人，2025；Li等人，2022）。然而，普通鲤鱼中遗传YY雄鱼的雌性化潜力尚未得到充分理解，且在任何鲤科物种中都尚未报道过F-yy个体。
性类固醇激素在诱导硬骨鱼类性别反转中起着关键作用（Devlin和Nagahama，2002；Xiao等人，2024）。然而，关于成功生产F-yy的报道仍然有限，且涉及的物种在系统发育上相距较远，实验条件也有所不同。最早的例子来自青鳉（Oryzias latipes），Yamamoto（1967）通过给F-xy × M-xy杂交后代喂食添加了雌酮（E1）的饲料，获得了F-yy雌鱼。后续的报道较为零星，通常只能产生少量的F-yy个体，例如在孔雀鱼（Poecilia reticulata中，通过在分娩前对怀孕的F-xy雌鱼进行雌激素处理，仅获得了一只F-yy个体（Kavumpurath和Pandian，1993）。在尼罗罗非鱼（Oreochromis niloticus中，使用己烯雌酚（DES）生成了F-yy个体（Rahman和Sarder，2010）。后续的研究表明，结合使用17β-雌二醇（E2）和三氯乙烯（Tri）也可以生成完全发育且可育的F-yy罗非鱼（Li等人，2022；Liu等人，2024b）。在黄鲶鱼（Pelteobagrus fulvidraco中，通过在早期发育期间连续暴露于浸泡在17β-雌二醇中的Artemia nauplii中，也获得了YY表型的雌鱼（Liu等人，2013）。这些研究表明F-yy生产的可行性，但也突显了激素类型、暴露窗口或处理时间的显著异质性，这给跨物种比较带来了复杂性，并表明研究方法缺乏一致性。
YY个体携带两条Y染色体，但这种遗传配置如何影响其对雄性到雌性性别反转的敏感性仍不清楚。尽管如此，直接比较YY型和XY型雄鱼的雌性化反应仍然很少。在溪鳟（Salvelinus fontinalis中，20 mg/kg的E2处理使XY型个体完全发生了卵巢分化，而大多数YY型个体只发育出了卵睾结构，这提供了YY型雄鱼对雌性化反应较低的首个证据（Schill等人，2016）。尼罗罗非鱼中也观察到了类似的差异：200 mg/kg的17α-乙炔雌二醇（EE2）处理使YY型雄鱼的性别反转效率明显低于XY型雄鱼（Juarez-Juarez等人，2017），而在200 mg/kg的E2处理下，只有17.39%的YY型雄鱼发生了雌性化，而XY型雄鱼的雌性化率为97.78%（Li等人，2022）。这些观察结果表明，YY型雄鱼对雌性化的反应低于XY型雄鱼。然而，这种反应降低是否是硬骨鱼类的普遍特征仍有待通过在标准化处理条件下进行种内比较来验证。
值得注意的是，鲤科鱼类在这方面尚未得到充分研究。迄今为止，仅报道了XY型个体的激素诱导雄性到雌性性别反转，且仅限于有限的激素处理方法（Jiang等人，2018），尚不清楚YY型雄鱼是否能在类似的条件下被雌性化。作为代表性的鲤科物种，普通鲤鱼为此类标准化测试提供了一个实用的系统。我们之前的工作确定了有效的激素剂量和处理窗口，用于诱导XY型普通鲤鱼的性别反转（Jiang等人，2018；Jiang等人，2020），并开发了可靠的基因分型方法来区分M-xy和M-yy个体。在此基础上，本研究旨在（i）建立生产F-yy的可靠方案；（ii）评估普通鲤鱼中XY型和YY型个体之间的性别反转是否存在差异。为此，我们比较了七种激素或化学处理方法——E2、E2 + F（氟他胺）、E2 + Tri（三氯乙烯）、EE2、E1（雌酮）、DES（己烯雌酚）和H（己酸雌二醇），并在两种暴露时间（2个月和4个月）下进行了测试。我们评估了M-xy和M-yy鲤鱼的生殖腺组织学、性别反转效率和生长表现，从而确定了生成F-yy个体的优化方案，并直接测试了Y染色体数量对雄性到雌性性别反转的影响。
伦理声明
本研究遵循了《实验室动物护理和使用指南》的要求，并得到了中国科学院水生生物学研究所动物护理和使用委员会的批准。
动物和样本收集
所有实验鱼均来自中国科学院水生生物学研究所的武汉现代生态渔业研究基地（中国武汉梁子湖）。在繁殖季节，实验群体由全同胞个体组成
E2+F和E1组显示出最高的性别反转效率
为了评估不同激素或化学处理对普通鲤鱼生殖腺发育的影响，在所有实验组中，暴露2个月和4个月后解剖并组织学检查了生殖腺。所有激素和化学物质均有效诱导了M-xy和M-yy个体的雄性到雌性性别反转，而对照组则未观察到性别反转（图1、图2、图3）。2个月处理后，平均性别反转效率存在显著差异
E1处理在实现高性别反转效率的同时，对生长干扰最小
硬骨鱼类表现出显著的性别可塑性，并对环境信号高度敏感，其中类固醇激素在指导生殖腺分化和性别反转中起着核心作用（Devlin和Nagahama，2002；Piferrer，2001；Nagahama等人，2021；Xiao等人，2024）。然而，不同物种和处理方法之间的雌性化结果差异很大，反映了内分泌结构的差异。从应用的角度来看，有效的性别反转方案应考虑这些差异结论
在这项研究中，我们首次成功地在普通鲤鱼中产生了F-yy个体，这是任何鲤科物种中的首次突破。E1处理在两个月内实现了89.89%的高性别反转效率，同时对生长和存活的影响最小。M-xy和M-yy鲤鱼之间相似的性别反转效率表明，普通鲤鱼的雄性到雌性性别反转与Y染色体数量无关。总体而言，这些发现
CRediT作者贡献声明
陈光新：撰写 – 审稿与编辑，撰写 – 原稿，方法学，研究设计。郭元奇：资源提供。荣毅：资源提供。李兆贤：资源提供。姜 mouyan：方法学支持。李瑞：资源提供。张希娅：资源提供。李永明：资源提供。魏玉莱：方法学支持。宋彦龙：方法学支持。陈吉：方法学支持。陶斌斌：方法学支持。胡伟：撰写 – 审稿与编辑，撰写 – 原稿，项目管理，资金获取，概念构思。
资助
本工作得到了国家自然科学基金（32030113、32503187）、中国博士后科学基金（2024M753438）和湖北洪山实验室重大项目（2022hszd018）的支持。
未引用的参考文献
Britton等人，2011
Fjelldal等人，2020
Gennotte等人，2015
Hamilton，1967
Jiang等人，2023
Taslima等人，2023
利益冲突声明
作者声明没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文的研究结果。
致谢
我们感谢Jian Li、Xide Gui、Xiuli Lv和Yuxia Zhu在鱼类维护方面的帮助，以及Zhixian Qiao、Xiaocui Chai和Yan Wang在分子和组织学分析方面的技术支持。
