关于平牡蛎（Ostrea edulis）配子发生的组织学和转录组学研究

《Aquaculture》：Histological and transcriptomic insights into gametogenesis in the flat oyster Ostrea edulis

欧洲 flat oyster（Ostrea edulis）因栖息地破坏、寄生虫和入侵物种导致种群锐减，被列为濒危物种。其生殖周期为雄性先交换单性生殖，研究结合组织学与转录组学分析，揭示其配子成熟阶段及关键基因，为养殖和种群恢复提供分子标记支持。

　　

连艳文|安妮-索菲·勒波特|安·C·安德森|里卡多·冈萨雷斯-阿雷亚|科朗坦·罗伯特|科朗坦·谢瓦利埃|阿诺·乌根|伊莎贝尔·布泰|阿诺·唐吉

索邦大学，法国国家科学研究中心（CNRS），UMR 7144研究组，罗斯科夫生物站，乔治·泰西耶广场，邮编CS90074，29688，法国罗斯科夫

摘要

欧洲扁平牡蛎Ostrea edulis是一种具有重大生态、经济和文化价值的本地物种。由于过度捕捞、栖息地破坏、寄生虫疾病和入侵物种的影响，O. edulis的数量急剧下降。这一下降导致它被《奥斯帕尔公约》（OSPAR Convention）列为受威胁物种。尽管如此，O. edulis在沿海生态系统中仍起着关键作用，它形成的牡蛎礁能够增强生物多样性、改善水质过滤并有助于碳储存。O. edulis是一种先雄后雌的序贯雌雄同体动物，会根据环境条件（尤其是温度和食物供应情况）在雄性和雌性阶段之间转换。其种群通常表现为雄性比例偏高，这降低了繁殖成功率。由于缺乏可靠的非破坏性检测方法，性别鉴定仍然具有挑战性。为了提高可持续的种子生产并支持生态恢复，需要更深入地了解控制配子发生的分子机制。本研究结合了对O. edulis同时具有雌雄同体特征的生殖腺组织的组织学和转录组分析，以表征配子成熟阶段，并识别参与繁殖周期的关键基因和生物过程。识别这些分子标记物有助于改进水产养殖的繁殖管理和种群恢复。

引言

欧洲扁平牡蛎（Ostrea edulis）是一种原产于欧洲的软体动物，具有重要的生态、商业和文化价值。O. edulis的种群分布于北大西洋沿岸，从挪威到东北非，以及地中海和黑海地区，还包括北海沿岸国家（Thurstan等人，2024年）。一些考古证据表明，O. edulis自中石器时代以来就被用作食物资源（Hayer等人，2019年），这证明了它在人类历史中的重要性。然而，在过度捕捞、栖息地破坏、寄生虫感染（Bonamia ostreae和Marteilia refringens）以及外来物种的压力下，O. edulis的数量多年来急剧减少，甚至面临功能性灭绝（Helmer等人，2019年）。自2003年起，它被《东北大西洋海洋环境保护公约》（OSPAR）列为“受威胁和数量下降的物种”（Haelters和Kerckhof，2009年）。O. edulis还因其能够构建牡蛎礁而显著贡献于河口和沿海生态系统，这些牡蛎礁增强了生物多样性、改善了海水过滤、去除了营养物质、固定了海岸线并储存了碳（Smith和Pruett，2025年）。O. edulis是一种先雄后雌的序贯雌雄同体动物。其性别阶段的转换最初由Sparck（1927年）描述，随后Orton（1927年）基于对已转变为雌性的个体中雄性配子发育的观察进行了更详细的描述。此前也有研究发现，在一个季节内或根据水温变化，O. edulis可能在不同的发育阶段同时产生雄性和雌性配子（Cole，1942年；Korringa，1957年）。O. edulis种群通常表现为雄性比例偏高（Cole，1942年；Millar，1964年），这导致繁殖个体数量显著减少，有效繁殖种群规模也相应下降（Acarli等人，2015年；Hassan等人，2017年）。这种复杂的、不规则的雌雄同体生殖腺周期受遗传和环境因素共同影响，导致性别比例自然偏向雄性（Eagling等人，2017年）。配子成熟不同步是产生可育后代的一个不可忽视的障碍（Beck等人，2011年）。性别比例明显受温度影响，在10°C时雌性占优势，在14°C时雄性占优势（Joyce等人，2013年）。Zapata-Restrepo等人（2019年）观察到在18°C时性别比例偏向雌性。温度和营养都是影响雌性生殖腺发育的关键因素，较高的温度和充足的食物供应会促进雌性生殖腺的快速成熟和配子生成，而在较高温度下由于能量保存机制，性别比例偏向雄性（González-Araya等人，2013年；Zapata-Restrepo等人，2019年）。实际上，养殖场缺乏一种非破坏性的方法来鉴定牡蛎的性别，这阻碍了保持理想性别比例（1:1）的种苗保存（Eagling等人，2017年；Davenel等人，2010年）。

为了解决这个问题，人们测试了一种基于磁共振成像的非侵入性技术。该技术可以通过计算生殖腺指数来区分和量化生殖腺的发育阶段，帮助养殖场平衡种苗群体的性别比例并监测幼体发育（Davenel等人，2010年）。然而，该技术只能指示排卵前的发育阶段，无法提供关于配子成熟程度的信息。另一种基于麻醉和组织取样的方法被提出用于鉴定雄性生殖腺的发育阶段（Suquet等人，2010年）。由于生殖腺的复杂性，特别是雌性和雄性生殖细胞的分布不规则，性别鉴定较为困难，因为仅取样少量生殖腺组织往往会导致错误解读。为了提高O. edulis种子的可持续大规模生产，无论是用于水产养殖还是生态恢复，都需要全面了解参与配子发生的分子机制以及每个阶段的标记基因。已对不同软体动物物种进行了关于繁殖的全球转录组研究，包括Crassostrea hongkongensis（Tong等人，2015年）、Magallana gigas（Yue等人，2018年）、Pinctada fucata（Matsumoto等人，2013年）、Pinctada margaritifera（Teaniniuraitemoana等人，2014年）、Haliotis discus hannai（Kim等人，2019a，2019b）、Pecten maximus（Pauletto等人，2017年）、蛤蜊Tegillarca granosa（Chen等人，2017年）和Octopus sinensis（Li等人，2024年）。这些研究揭示了一些参与雄性性别决定途径的关键基因，如双性别决定因子（DMRT）或mab-3相关转录因子（DMRT）、SoxE、Sox H（SRY样）、β-连环蛋白和fork head box L2（foxl2）等参与雌性性别决定途径的基因。然而，这些研究都是在仅具有雄性或雌性生殖腺阶段的物种上进行的，并未涉及同时具有雌雄同体特征的物种，因此无法跟踪配子在整个生殖腺发育过程中的分化。

在本研究中，我们对O. edulis同时具有雌雄同体特征的生殖腺组织进行了组织学和转录组分析，以更好地表征不同的配子成熟阶段并探讨生殖周期背后的分子机制。通过差异表达基因分析，我们识别出参与生殖腺发育的关键生物过程，并利用加权基因共表达网络分析（WGCNA）确定了与特定配子成熟阶段相关的潜在标记基因。这项工作旨在提供一些关键信息，以加深对驱动或调节O. edulis性别变化的环境和生理机制的理解，这对水产养殖和有效种群恢复至关重要。

节选内容

牡蛎

2023年冬季，在布列塔尼地区的坎卡尔收集了两岁的O. edulis个体，并将其转移到布列塔尼的布列兹梅应用研究中心（Lampaul-Plouarzel，法国）。这些牡蛎在10°C的温度下饲养一个月，并喂食少量微藻以排空其生殖腺。之后，将它们置于18°C的温度下饲养三个月，自由进食Rhodomonas salina（体积约为200 μm3，干重...）

组织学

组织学切片首先根据Cole（1942年）开发的标准进行分析，他描述了O. edulis配子发生阶段的时间顺序，并附有各种细胞类型的精确显微图谱。在评估现有标准并与我们的组织学切片进行比较后，我们制定了一个修订后的周期图，其中发现了一些细微差异（图1）。在O. edulis的性别转换周期中识别出八个不同的阶段，并附有代表性图片

Ostrea edulis的配子发生周期的新版本

O. edulis是一种先雄后雌的序贯雌雄同体动物，其配子发生过程最初由Orton（1927年）描述，Cole（1942年）对其不同阶段提供了更详细的描述，他根据全年观察到的个体情况确定了九个阶段。后来，多项研究利用组织学方法提供了关于O. edulis自然种群中配子发生时间演变的额外信息（Wilson和Simons，1985年；Da Silva等人，2009年）。

结论

在气候变化背景下，海水温度上升、海洋酸化以及食物种类和可获得性的变化，以及这些变化对生物体生理的影响（如繁殖性能、生长率和死亡率），了解配子发生过程对于提高水产养殖的成功和支持恢复工作至关重要。本研究结合了组织学分析和转录组特征描述，以深入探讨...

CRediT作者贡献声明

连艳文：撰写——初稿，数据管理。安妮-索菲·勒波特：方法学。安·C·安德森：撰写——初稿，方法学。里卡多·冈萨雷斯-阿雷亚：方法学。科朗坦·罗伯特：方法学。科朗坦·谢瓦利埃：方法学。阿诺·乌根：方法学。伊莎贝尔·布泰：撰写——初稿，方法学。阿诺·唐吉：撰写——初稿，监督，项目管理，资金筹集。

利益冲突声明

作者声明以下可能被视为潜在利益冲突的财务利益/个人关系。

致谢

本工作得到了FEAMP ARCHE（PFEA470019FA1000008）的支持。