光對(duì)水母卵細(xì)胞產(chǎn)生和釋放的分子機(jī)制確定 | 前沿
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撰文 | 梅 寶
責(zé)編 | 陳曉雪
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對(duì)于海洋生物來講，想要在巨大的海洋中產(chǎn)卵，時(shí)機(jī)非常重要。釋放配子（即生殖細(xì)胞）的時(shí)候，如果沒有及時(shí)地遇到它的另一半，那么配子就漂流走了。黎明時(shí)日照量的增加使雄性和雌性同時(shí)向水中釋放精子和卵細(xì)胞，從而增加了受精的機(jī)會(huì)。對(duì)于雌性水母來講，當(dāng)照射在卵母細(xì)胞（即未來的卵細(xì)胞）上的光亮增加時(shí)，會(huì)刺激形成卵細(xì)胞的最后步驟。在這個(gè)過程中，水母細(xì)胞是如何感知到日照中光的信號(hào)并做出反應(yīng)的分子機(jī)制，還一直是未解之謎。
?左圖是沒有光刺激的卵巢，里面含有靜止的卵母細(xì)胞，箭頭所指的是卵母細(xì)胞的細(xì)胞核。右圖是光刺激90分鐘后，光使得核膜破裂，然后釋放出成熟的卵細(xì)胞。Credit: Evelyn Houliston
今年1月，來自法國、日本、德國和英國的聯(lián)合研究團(tuán)隊(duì)確認(rèn)了在一種水母（Clytia hemisphaerica）中感光的光受體（Quiroga et al，2018）。這個(gè)蛋白質(zhì)屬于視蛋白家族（Opsin），視蛋白家族在整個(gè)動(dòng)物世界的光信號(hào)感知反應(yīng)中都起到了一定作用。
視蛋白基因之前在其他水母物種里是確定了的，2008年，瑞士巴塞爾大學(xué)的研究者在生殖腺中檢測(cè)到了視蛋白基因的表達(dá)，因此猜測(cè)視蛋白基因和生殖有關(guān)（Suga et al., 2008）。而之前的研究表明，接受光信號(hào)的位置是在卵母細(xì)胞相鄰的細(xì)胞，而非卵母細(xì)胞本身 （Freeman, 1987）。
結(jié)合這些信息，當(dāng)對(duì)這一位置的基因表達(dá)情況進(jìn)行細(xì)致分析時(shí)，本次研究的學(xué)者發(fā)現(xiàn)，一種視蛋白 （Opsin9）在卵巢最外面一層的星形細(xì)胞中表達(dá)量很高。接著，他們通過CRISPR/Cas 9的技術(shù)，編輯了Clytia hemisphaerica的基因組，產(chǎn)生了缺少Opsin9的水母，而此水母在應(yīng)對(duì)光時(shí)，不能釋放卵細(xì)胞，因而確認(rèn)Opsin9是其光受體。
?左邊這張圖是卵巢最外一層的星形細(xì)胞，其中綠色標(biāo)記的是視蛋白以及多肽。右邊是放大后的星形細(xì)胞，粉紅色標(biāo)記的是星形細(xì)胞特有的細(xì)胞骨架，周圍細(xì)胞的細(xì)胞核標(biāo)記的是藍(lán)色。Credit: Evelyn Houliston
2017年，來自日本的Noriyo Takeda等人發(fā)現(xiàn)，表達(dá)Opsin9的基因產(chǎn)生了短多肽，作用于卵母細(xì)胞的成熟和排卵（Takeda et al., 2017）。在缺少Opsin9的水母中，并沒有這樣的短多肽，這解釋了為什么這些動(dòng)物沒有排卵。這些多肽產(chǎn)生的細(xì)節(jié)以及多肽為何能作用卵母細(xì)胞成熟和排卵，這些目前都未可知，等待著更多的發(fā)現(xiàn)。
接下來，檢測(cè)和比較與短多肽相關(guān)的視蛋白家族的其他蛋白是否調(diào)控其他海洋動(dòng)物的生殖過程，將是這一研究團(tuán)隊(duì)的重點(diǎn)。這將提高水族館飼養(yǎng)海洋動(dòng)物所帶來的實(shí)際效益。其更廣泛的意義在于，通過比較動(dòng)物界中視蛋白的分子作用機(jī)制，可以幫助解釋動(dòng)物王國中有性生殖的進(jìn)化過程。
參考文獻(xiàn)：
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
制版編輯：黃玉瑩 |
