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光对水母卵细胞产生和释放的分子机制确定

撰文  |  梅    宝

责编  |  陈晓雪

对于海洋生物来讲,想要在巨大的海洋中产卵,时机非常重要。释放配子(即生殖细胞)的时候,如果没有及时地遇到它的另一半,那么配子就漂流走了。黎明时日照量的增加使雄性和雌性同时向水中释放精子和卵细胞,从而增加了受精的机会。对于雌性水母来讲,当照射在卵母细胞(即未来的卵细胞)上的光亮增加时,会刺激形成卵细胞的最后步骤。在这个过程中,水母细胞是如何感知到日照中光的信号并做出反应的分子机制,还一直是未解之谜。

今年1月,来自法国、日本、德国和英国的联合研究团队确认了在一种水母(Clytia hemisphaerica)中感光的光受体(Quiroga et al,2018)。这个蛋白质属于视蛋白家族(Opsin),视蛋白家族在整个动物世界的光信号感知反应中都起到了一定作用。

视蛋白基因之前在其他水母物种里是确定了的,2008年,瑞士巴塞尔大学的研究者在生殖腺中检测到了视蛋白基因的表达,因此猜测视蛋白基因和生殖有关(Suga et al., 2008)。而之前的研究表明,接受光信号的位置是在卵母细胞相邻的细胞,而非卵母细胞本身  (Freeman, 1987)。

结合这些信息,当对这一位置的基因表达情况进行细致分析时,本次研究的学者发现,一种视蛋白 (Opsin9)在卵巢最外面一层的星形细胞中表达量很高。接着,他们通过CRISPR/Cas 9的技术,编辑了Clytia hemisphaerica的基因组,产生了缺少Opsin9的水母,而此水母在应对光时,不能释放卵细胞,因而确认Opsin9是其光受体。

2017年,来自日本的Noriyo Takeda等人发现,表达Opsin9的基因产生了短多肽,作用于卵母细胞的成熟和排卵(Takeda et al., 2017)。在缺少Opsin9的水母中,并没有这样的短多肽,这解释了为什么这些动物没有排卵。这些多肽产生的细节以及多肽为何能作用卵母细胞成熟和排卵,这些目前都未可知,等待着更多的发现。

接下来,检测和比较与短多肽相关的视蛋白家族的其他蛋白是否调控其他海洋动物的生殖过程,将是这一研究团队的重点。这将提高水族馆饲养海洋动物所带来的实际效益。其更广泛的意义在于,通过比较动物界中视蛋白的分子作用机制,可以帮助解释动物王国中有性生殖的进化过程。

参考文献

1. Freeman G. 1987. The role of oocyte maturation inthe ontogeny of the fertilization site in the hydrozoan Hydractinia echinata. Roux’s Archives of Developmental Biology 196:83–92.

2. Takeda N, Kon Y, Artigas GQ, Lape´ bie P, Barreau C, Koizumi O, Kishimoto T, Tachibana K, Houliston E, Deguchi R. 2017. Identification of jellyfish neuropeptides that act directly as oocyte maturation inducing hormones. Development:dev.156786.

3. Quiroga Artigas G, Lape´ bie P, Lecle` re L, Takeda N, Deguchi R, Je´ kely G, Momose T, Houliston E. 2018. A gonad-expressed opsin mediates light-induced spawning in the jellyfish Clytia. eLife 7:29555.

4. H Suga,V Schmid,WJ Gehring.2008. Evolution and functional diversity of jellyfish opsins. Current Biology 18:51–55.

5. Jaffe. eLife 2018;7:e34258. DOI: https://doi.org/10.7554/eLife.34258 

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