性二态的分子密码：亚洲蟾蜍交配行为中的肌肉奥秘

本研究聚焦亚洲蟾蜍（Bufo gargarizans）交配行为中的性二态现象，通过整合转录组学和代谢组学方法，揭示了性二态的遗传和代谢基础，为理解两栖动物性二态的进化机制提供了新见解。

　　亚洲蟾蜍（Bufo gargarizans）的交配行为中，雄蟾蜍需要通过强壮的前肢肌肉（如桡侧腕屈肌，FCR）长时间紧紧抱住雌蟾蜍，以确保繁殖成功。这种肌肉的性二态现象在两栖动物中普遍存在，但其背后的分子机制尚不清楚。为了回答这一问题，中国西华师范大学的研究人员开展了一项研究，通过整合转录组学和代谢组学方法，揭示了亚洲蟾蜍FCR肌肉性二态的遗传和代谢基础，为理解两栖动物性二态的进化机制提供了新见解。该研究发表在《BMC Genomics》上。

研究背景

性二态（Sexual Dimorphism）是指同种生物中雌性和雄性在形态、生理和行为上的差异，这种现象在动物界中广泛存在。在两栖动物中，交配行为（如抱对）是性二态的一个典型表现。亚洲蟾蜍（Bufo gargarizans）在交配期间，雄蟾蜍需要利用强壮的前肢肌肉紧紧抱住雌蟾蜍，这种行为对肌肉的耐力和力量提出了很高要求。然而，目前对于这种肌肉性二态的分子机制尚不清楚。

研究方法

研究人员从中国南充市的农田中收集了18只性成熟的亚洲蟾蜍，包括9只雄性和9只雌性。通过转录组学分析（RNA测序）和代谢组学分析（GC/MS），研究人员对蟾蜍的桡侧腕屈肌（FCR）进行了基因表达和代谢物分析。通过主成分分析（PCA）和正交偏最小二乘判别分析（OPLS-DA），研究人员识别了性二态相关的差异表达基因（DEGs）和代谢物（DEMs），并进一步通过基因本体（GO）和京都基因与基因组百科全书（KEGG）分析，揭示了这些差异表达基因和代谢物的生物学功能和代谢通路。

研究结果

肌肉性二态的表型差异

研究发现，雄性亚洲蟾蜍的FCR肌肉显著大于雌性，这种差异与交配行为中的肌肉功能密切相关。通过转录组学分析，研究人员识别了818个差异表达基因（DEGs），其中389个在雄性中上调，429个下调。这些基因主要与肌肉收缩、肌节组织和能量代谢相关。代谢组学分析则揭示了69个差异表达代谢物（DEMs），雄性中富集的代谢物主要涉及蛋白质合成和降解、能量代谢和物质运输通路。

关键基因和代谢通路

整合分析发现，几个关键代谢通路——如甘氨酸、丝氨酸和苏氨酸代谢；丙氨酸、天冬氨酸和谷氨酸代谢；脂肪酸降解以及三羧酸循环（TCA cycle）——在性二态中起核心作用。其中，基因AGXT、ACADL、ACAT1、MDH2和SUCLG2被认为是关键调控因子。例如，在甘氨酸、丝氨酸和苏氨酸代谢通路中，AGXT在雄性FCR肌肉中表达显著上调，与甘氨酸和丝氨酸水平升高一致，表明雄性肌肉中蛋白质合成能力增强。

转录组与代谢组的关联

通过基因与代谢物的相关性分析，研究人员发现L-丝氨酸、甘氨酸等代谢物是基因-代谢物网络中的关键节点。这些代谢物与基因表达的相互作用可能调节了氨基酸和脂肪酸代谢以及能量供应过程，从而驱动了FCR肌肉的性二态现象。

研究结论与讨论

本研究通过整合转录组学和代谢组学分析，揭示了亚洲蟾蜍FCR肌肉性二态的分子基础。研究发现，性二态的形成不仅与基因表达差异有关，还与代谢物水平的变化密切相关。这些发现为理解两栖动物性二态的进化机制提供了新的视角，也为研究其他动物性二态现象提供了重要的参考。此外，该研究还强调了代谢组学和转录组学在揭示复杂生物学现象中的重要作用，为未来相关领域的研究提供了新的思路和方法。