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气候变化下，卵生变温动物繁殖受影响，卵母细胞发育的热应激保护机制不明。研究人员以泥蟹和斑马鱼为对象，发现卵黄原蛋白受体（VtgR）介导保护卵黄生成性卵母细胞形成的机制，为其热适应提供遗传基础。
在全球气候变暖的大背景下，温度对生物的影响愈发显著。卵生变温动物依赖外界温度进行关键生理活动，其繁殖极易受到全球气温上升的冲击。已有研究显示，到本世纪末，众多海洋和淡水鱼类可能面临水温超出耐受极限的困境，而它们成功繁殖所需的特定温度条件，使得其对气候变化的敏感性大大增加。在卵生动物的繁殖过程中，卵母细胞的发育至关重要，它是确保动物种群延续的基础。然而，目前人们对卵生变温动物在卵母细胞发育过程中，是否具备应对热应激的保护机制知之甚少，这就像在黑暗中摸索，迫切需要一道光照亮前行的道路。
为了揭开这一神秘的面纱，中山大学的研究人员勇挑重担，开展了一项极具意义的研究。他们将目光聚焦在泥蟹（Scylla paramamosain）和斑马鱼这两种生物上，深入探究卵母细胞发育的热应激保护机制。研究发现，卵黄原蛋白受体（VtgR）在其中发挥了关键作用，它介导了保护卵黄生成性卵母细胞形成免受热应激的机制，为泥蟹和斑马鱼在卵母细胞发育过程中的热适应提供了重要的遗传基础。这一研究成果发表在《Nature Communications》上，犹如一颗璀璨的星星，为该领域的研究照亮了方向。
在研究过程中，研究人员运用了多种关键技术方法。首先是基因组测序技术，通过对泥蟹进行基因组测序，获取其遗传信息；RNA 测序技术则帮助分析基因表达情况，了解不同基因在卵母细胞发育过程中的作用；免疫共沉淀（Co-IP）技术用于确定蛋白之间的相互作用，明确 VtgR 与卵黄原蛋白（Vtg）的结合关系；CRISPR/Cas9 技术敲除斑马鱼中的相关基因，研究基因功能；组蛋白修饰分析则探究基因表达的调控机制。
下面来看具体的研究结果：
- 泥蟹基因组的组装和注释：研究人员利用 Nanopore、10X Genomics 和 Hi-C 等技术，成功构建了泥蟹的染色体级基因组。通过与之前已发表的基因组对比，发现本次组装的基因组在多个方面表现更优，如 contig N50 值更大，捕获的保守单拷贝节肢动物基因更多等。同时，对基因组中的转座元件和蛋白编码基因进行了注释，为后续研究奠定了坚实基础。
- “异常” 泥蟹卵母细胞对卵黄原蛋白的吸收受损：通过对正常和 “异常” 泥蟹卵巢的形态学和组织学检查，发现 “异常” 泥蟹卵巢发育受阻，卵母细胞无法正常吸收 Vtg。进一步研究表明，“异常” 泥蟹的肝胰腺能够正常合成 Vtg，但卵母细胞却不能同化这一关键的卵黄蛋白前体。
- VtgR 的上调对泥蟹卵黄生成性卵母细胞形成的热应激保护至关重要：经 RNA 测序（RNA-seq）和加权基因共表达网络分析（WGCNA），研究人员发现 VtgR 基因在 “异常” 泥蟹中表达显著下调。一系列实验，如 Co-IP、使用苏拉明（suramin）阻断 VtgR 介导的内吞作用以及 RNA 干扰（RNAi）等，证实了 VtgR 在介导 Vtg 吸收和卵母细胞发育中的重要作用。并且，随着温度升高，正常泥蟹卵巢中 VtgR 的表达上调，表明其对热应激保护机制的重要性。
- 一种增强子调节 VtgR 表达，参与泥蟹卵黄生成性卵母细胞形成的热应激保护机制：研究人员发现 “异常” 泥蟹 VtgR 基因的第十九内含子存在一个大的缺失（4.99 kb），该缺失包含一个对卵黄生成性卵母细胞形成和热应激响应至关重要的增强子。通过对组蛋白 H3 赖氨酸 27 乙酰化（H3K27ac）修饰的分析，确定了该增强子的位置和功能。双荧光素酶报告实验和电泳迁移率变动分析（EMSA）表明，热休克因子 1（HSF1）调节 VtgR 表达，而该增强子在高温下增强 HSF1 介导的 VtgR 表达。
- Lrp13 对斑马鱼卵黄生成性卵母细胞形成的热应激保护机制至关重要：研究人员在斑马鱼中鉴定出与十足目 VtgR 同源的蛋白，其中 Lrp13 在卵巢中特异性表达，且与 Vtg1 相互作用。利用 CRISPR/Cas9 技术敲除 Lrp13 后，发现斑马鱼在高温下卵巢退化率显著增加，表明 Lrp13 在保护卵黄生成性卵母细胞形成免受热应激方面发挥关键作用。此外，研究还发现 Lrp1aa 在正常温度下可补偿 Lrp13 的功能，但在高温下这种补偿机制受到抑制。
研究结论和讨论部分指出，本研究揭示的卵母细胞发育热保护机制为卵生变温动物在气候变化下的生存提供了重要的遗传基础。在泥蟹中，“异常” 泥蟹因 VtgR 基因内含子缺失导致增强子丢失，在高温下卵巢退化，可能在未来的气候变暖中被淘汰；而正常泥蟹拥有有效的热保护机制，更有可能在种群中留存。在斑马鱼中，Lrp 基因的冗余确保了正常和高温条件下卵母细胞的正常发育。这一热保护机制有助于泥蟹和斑马鱼在气候变化中持续生存，为种群适应温度上升争取时间。同时，研究还表明，VtgR 和 HSF1 不仅在正常温度下对卵巢发育至关重要，在热应激条件下也对维持正常卵巢发育起着不可或缺的作用。此外，斑马鱼中存在至少三个编码 VtgRs 的基因，Lrp1aa 可补偿 Lrp13 的功能，但这种补偿机制在高温下受到抑制，凸显了 Lrp13 在高温下保护卵母细胞发育的关键作用。这一研究为深入理解物种应对环境压力的适应策略以及卵生变温动物的繁殖策略提供了新的视角，也为后续研究指明了方向，如进一步剖析 Lrp13 和 Lrp1aa 之间的分子关系，探究其他 Lrp 家族成员在特定条件下是否可作为 VtgRs 发挥作用等。
