研究人员确定了与巨型亚马逊鱼类中性别分化相关的基因

巴西和德国科学家已经完成了一项合作项目，对Arapaima gigas的全基因组进行测序和分析，Arapaima gigas是一种在巴西被称为pirarucu和其他地方作为arapaima或paiche的巨型淡水鱼。其增长速度是已知淡水鱼类中增长最快的。其自然分布覆盖了秘鲁和巴西的大部分亚马逊河流域。

该研究促成了有助于早期确定性别的发现，促进了雌性和雄性鱼苗的性别特异性繁殖和销售。它还为进一步研究该物种的遗传改良铺平了道路。

合作始于2015年，当时德国维尔茨堡大学的遗传学家Manfred Schartl与生物学家RafaelHenriqueNóbrega及其当时的博士生联系。学生Marcos Antonio de Oliveira。奥利维拉从巴西博托卡图的圣保罗州立大学水产养殖中心获得博士学位。

Nóbrega是该大学生物科学研究所(IB-UNESP)的教授，他提议在A. gigas的性别决定和分化机制研究方面进行合作。

“它是世界上最大的淡水鱼和具有相当经济价值的标志性亚马逊物种，因此Schartl感到惊讶的是它的基因组在当时是未知的，遗传标记尚未被确定用于性别决定，”Nóbrega说。

Nóbrega解释说，青少年没有性别相关的次生表型差异，因此在早期发育过程中，男性和女性不能通过形态来区分。有关性别决定和分化机制的信息是巴西水产养殖业的重要进展。

Schartl及其小组专门研究鱼类中的性别决定基因，并了解这一丰富多样的脊椎动物群体中的性别分化机制。

青少年成熟前的早期性别决定，当雄性和雌性在形态和表型上分化时，是研究鱼类生殖周期的关键步骤。

提升知识

的基因组草图A.牡蛎是发表研究人员在帕拉州和里奥格兰德联邦大学于2018年9月做北，其他机构之间。

最近由Nóbrega，Oliveira和合作者进行的测序导致了重要的遗传发现，这些发现与巨人症和快速生长等特征有关。它还表明，物种的性别决定和分化与XY染色体性别决定系统相容。

“虽然A. gigas没有可以通过组织细胞分析进行细胞学检测的异形性染色体，但我们只确定了支持XY染色体性别测定系统存在的雄性标记，”Nóbrega说。

2015年，Oliveira前往位于巴西北部阿克里州Rio Branco附近Senador Guiomard的一个名为PeixesdaAmazônia的养鱼场，收集了来自60名成年人(30名男性和30名女性)的A. gigas小鱼片。。

该材料被送到Schartl的实验室，在那里从60个样本中的每个样本中取样DNA。然后在法国由雷恩和图卢兹国家农业研究所和蒙彼利埃大学的研究人员对DNA进行测序。

“获得了雄性和雌性不同大小的基因组。雄性基因组有6.66亿个碱基对，而女性基因组有6.64亿个。随着鱼类基因组的进入，它们都非常小，只有人类基因组大小的五分之一，拥有30亿个碱基对，“奥利维拉说。

将A. gigas的基因组与另一种bony tongue(亚洲龙鱼Scleropages formosus)的基因组进行比较，这是唯一一种具有测序基因组的Osteoglossiformes。它还与属于各种顺序的其他10种物种的基因组进行了比较，如欧洲鳗(安圭拉鳗)，大西洋鳕鱼(Gadus morhua)，尼罗罗非鱼(Oreochromis niloticus)，Torafugu(Takifugu rubripes)，斑马鱼(Danio rerio)和原始的腔棘鱼(Latimeria spp。)，它们在4亿年前发展起来，从那以后几乎没有变化。

“构建了一个系统发育树，表明所研究物种的祖先可能存在分歧时间。它们在遗传上的关系越密切，分裂事件之间的时间就越短.Arapaima和其他bonytongues所属的Osteoglossiformes顺序进化了1340万年前，即同时南美洲和非洲在南大西洋开放前开始分离，“Nóbrega说。

分析的10个物种中最接近的亲属是A. anguilla，它在2亿年前与arapaimas和其他bonytongues有共同的祖先。

适应成功

研究人员还着手识别A. gigas基因组中正面选择的基因，这意味着由谱系的适应性进化产生的基因，并且通常与该物种的新增或选择的功能相关。

“实际上，我们在A. gigas中鉴定了105个正选择的基因，其中一些与生长和细胞分裂有关，”Nóbrega说。

数据表明，这种鱼类的壮观的早期生长和巨大的种类是其适应性成功的关键。在研究人员研究的任何其他物种中都没有观察到这种特征。

遗传分析表明，这些阳性选择基因的功能主要与肌肉发育有关，并导致其体型较大。

水产养殖和性发展

A. gigas长度可达3米，重达220公斤。Osteoglossiformes，它所属的顺序，是源自冈瓦纳的一大群淡水鱼类，冈瓦纳古老的超大陆在大约1.4亿年前开始分裂，形成现在的南美洲，非洲，印度，南极洲和澳大利亚。

由于分裂和陆地漂移持续了数百万年，现存的Osteoglossiformes谱系现在高度适应淡水生活，无法在咸水中生存，并被巨大的海洋隔开。

A. gigas仅在亚马逊盆地发现。它的最近亲属，10种龙鱼，分布在四大洲：南美洲(三种)，非洲(一种)，亚洲(四种)和澳大利亚(两种)。

“婴儿出生后每年体重10至15公斤，食物转化率非常高，”Nóbrega说。每消耗一公斤食物，它们就会增加700克。

此外，arapaimas是专用空气呼吸器，从大气中获取高达95%的氧气吸收量。蜕皮退化使它们具有适应性优势，因为它们可以容忍它们栖息的水中极低的氧含量，而其他物种则无法存活。

“这种不寻常的适应性组合使得A. gigas成为水产养殖的有希望的候选者。亚马逊地区有许多小型养鱼场，但到目前为止，大规模生产已证明是不可行的，”Nóbrega说。

困难的部分原因是对其性发育知识不足，因此它可以在人工饲养中成功繁殖，缺乏有关其快速生长和巨人症所涉及的分子和生化机制的信息。

“我们知道的一件事是A. gigas在四岁半时变得性成熟[该物种被认为长达100年]。性别二态性出现在生殖阶段，当男性的鳞片颜色变红时将它们与女性区分开来，“奥利维拉说。

为了找到尽早确定青少年性别的方法，Nóbrega及其同事寻找“性标记” - 基因组中与一种性别或另一种性别明确相关的部分。

由于A. gigas没有性染色体(男性和女性的染色体不同)，研究人员专注于识别男性而非女性的分子标记或基因组区域，反之亦然。

他们首先绘制了限制性位点相关DNA(RAD)标记，这是一种用于研究群体遗传学，生态遗传学和进化的技术。“基于对来自25名男性和25名女性的遗传物质中存在的RAD标记物的分析，发现30个RAD标记物存在于大多数雄性中，但在大多数雌性中不存在，”Nóbrega说。

尽管缺乏性染色体，但研究人员检测到RAD标记能够显示幼年是否在遗传测试中是男性。“事实上，数据指向男性特有的特定基因组区域，而女性没有，因此可以认为它与XY染色体性别决定系统兼容，”Nóbrega说。

分泌器官

A. gigas以称为父母照顾的分泌器官的形式显示与生殖相关的形态学特征。雄性和雌性头部的腺体缺乏性别特异性的形态差异。

在生殖期间，腺体分泌乳状液体，被认为可为后代提供营养。Nóbrega说：“这些液体在幼鱼发育成鱼苗时会喂养它们。”

男性从事父母照顾并与后代待在一起长达三个月，而女性在大约一个月后离开。

“我们从男性和女性那里采集分泌器官组织样本，以分析转录组 - 组织中的全套转录序列，包括信使RNA，核糖体RNA，转运RNA和microRNA，”Nóbrega说。

“结果表明，分泌器官释放的乳状液含有阻止雌性进入新的生殖周期的化合物，而父母的护理正在进行中。此外，这种液体含有生长因子，可以解释鱼苗的快速生长。”