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在海胆研究与养殖中，传统性别鉴定方法存在诸多弊端。研究人员围绕长刺海胆（Diadema setosum）开展非侵入式性别鉴定技术研究，发现其生殖乳头形态可用于性别鉴定，还找到潜在性别鉴定基因区域，为海胆研究和养殖提供新途径。
海胆，这种生活在海洋里的奇妙生物，看似毫不起眼，实则在海洋生态系统中扮演着至关重要的角色。它们的觅食活动影响着海底生物群落的结构，对维持珊瑚礁、海带森林和海草床的生态平衡功不可没。同时，海胆的生殖腺，也就是人们餐桌上美味的 “海胆黄”，在许多国家的美食文化中占据着重要地位，是备受欢迎的高级食材。不仅如此，海胆的幼虫因具有光学透明、结构稳定以及对环境变化敏感等特性，成为众多科学研究领域的理想模式生物，在胚胎学、生态毒理学等学科的发展中发挥着关键作用。
然而，近年来，全球海胆种群数量却面临着严峻的挑战。疾病的爆发、过度捕捞以及气候变化等因素的共同影响，使得海胆数量不断减少，分布范围也发生了改变。在这样的背景下，深入了解海胆的生物学特性、生理学机制以及生态学规律，对于保护野生海胆种群和优化海胆养殖实践变得愈发重要。而性别鉴定，作为其中的关键一环，无论是在海胆的养殖产业中，还是在生态研究领域，都具有不可或缺的意义。
在海胆养殖过程中，精准的性别控制能够有效避免海胆的无序繁殖，有助于培育单性种群。这是因为在某些海胆品种中，不同性别的海胆在产品质量上存在显著差异，例如 Evechinus chloroticus、Paracentrotus lividus 和 Strongylocentrotus droebachiensis 等。通过性别鉴定，养殖者可以针对性地选择特定性别的海胆进行养殖，从而提高海胆产品的质量和产量，提升经济效益。
在生态研究方面，准确辨别海胆的性别，可以帮助科学家们深入探索不同性别海胆对环境刺激的特异性反应。越来越多的研究表明，海胆在细胞、生化和生理层面的反应存在性别差异，因此了解这些差异，对于将海胆作为模型生物和生物监测指标具有重要意义。此外，确定野生海胆种群的性别比例，能够为评估海胆种群的灭绝风险提供关键信息，同时也有助于揭示海胆在种群补充和损耗过程中是否存在与性别相关的偏差，为制定科学合理的保护策略提供有力依据。
尽管性别鉴定意义重大，但长期以来，海胆的性别鉴定一直是个难题。由于海胆外观上缺乏明显的性别二态性，传统的性别鉴定方法，如诱导产卵或性腺组织学分析，不仅具有侵入性，会对海胆造成伤害，而且还受到季节的限制，操作过程耗时费力，这在很大程度上限制了其在商业养殖和科学研究中的应用。因此，开发一种非侵入式的海胆性别鉴定技术迫在眉睫。
为了解决这一难题，来自未知研究机构的研究人员针对长刺海胆（Diadema setosum）展开了深入研究。他们通过评估长刺海胆的多种形态特征、进行全基因组关联研究（GWAS）以及测试先前为中间球海胆（Mesocentrotus nudus）开发的 PCR 标记，试图找到有效的非侵入式性别鉴定方法。该研究成果发表在《Aquaculture Reports》上，为海胆性别鉴定领域带来了新的突破。
研究人员采用了多种关键技术方法。在样本采集方面，从新加坡的两个珊瑚礁地点，通过潜水手工采集了 50 个长刺海胆样本。对于形态特征分析，测量了海胆的多种物理性状，包括体重、壳径等；还对生殖乳头形态、虹彩细胞、白色斑点及围口部图案等进行观察和量化分析。在分子技术上，一方面测试已有的海胆性别鉴定标记，另一方面对部分海胆样本进行全基因组重测序，进而分析单核苷酸多态性（SNP）与性别之间的关联。
在物理性别鉴定特征的研究中，研究人员首先对长刺海胆的七种一般物理特征进行了测量分析，包括总湿重、壳径、壳高、围口部直径、步带区宽度、间步带区宽度和亚里士多德提灯质量。然而，研究结果显示，这些特征在雄性和雌性海胆之间均无显著差异（p＞0.05），无法作为性别鉴定的依据。
接着，研究人员将目光聚焦到生殖乳头形态上。他们发现，雄性长刺海胆的生殖孔在生殖孔边界内的位置明显更靠近远端，而雌性则更靠近中心或近端。通过对生殖孔位置的量化分析，研究人员发现雄性生殖孔与远端生殖孔边缘的距离经标准化后为 0.12±0.06，雌性为 0.58±0.09，二者差异显著（p＜0.001）。利用这一特征进行盲测，研究人员成功鉴定出了 48 个样本中的 39 个，准确率达到 81.2%。并且，通过广义线性模型分析发现，生殖孔的位置不受海胆生殖状态的影响，这意味着该特征可作为全年可靠的性别鉴定指标。此外，研究人员还尝试利用内窥镜和数码单反相机（DSLR）模拟在活体样本上观察生殖乳头形态的过程，结果发现 DSLR 拍摄的图像足够清晰，能够用于性别鉴定，而内窥镜拍摄的图像分辨率不足。
在对虹彩细胞、白色斑点和围口部图案的研究中，研究人员通过椭圆傅里叶描述符、长宽比和质心大小等参数对这些特征进行了量化分析。然而，结果表明，这些特征在雄性和雌性海胆之间均无显著差异（p＞0.05），不能用于性别鉴定。同样，对虹彩细胞反射光谱的分析也显示，雄性和雌性海胆的反射光谱峰值分别为 504.53±7.13nm 和 506.72±9.22nm，二者差异不显著（p＞0.05），无法作为性别鉴定的依据。
在分子性别鉴定标记的研究中，研究人员测试了为中间球海胆开发的三种雌性特异性引物。结果发现，Tag 3 和 Tag 7 未能扩增出任何区域，Tag 8 在部分样本中产生了非特异性扩增，且测序未成功，这表明这些引物不适用于长刺海胆的性别鉴定。
随后，研究人员通过候选基因方法对长刺海胆的基因组进行分析。他们对 10 个海胆样本（5 个雌性和 5 个雄性）进行全基因组重测序，经过一系列筛选和分析，在 Scaffold 2 上确定了 25 个候选 SNP。其中，22 个 SNP 在雄性中为杂合型，且密集分布在 1154bp 的区域内，这些 SNP 被映射到转录本 Dset_003244 - T1 的编码区（CDS）；另外 3 个 SNP 在雌性中为杂合型，映射到转录本 Dset_003242 - T1 的 mRNA 区域。虽然这些 SNP 通过了提示性阈值，但由于样本量较小或可能存在未检测到的种群结构，模型拟合可能不太理想。不过，该区域仍具有开发成基于序列的性别鉴定标记或凝胶基标记的潜力，有望为长刺海胆的性别鉴定提供新的分子工具。
综合以上研究结果，研究人员证实了长刺海胆生殖乳头形态存在性别二态性，生殖孔位置是一种可靠的、不受季节影响的性别鉴定标记。这一发现对于海胆的养殖和生态研究具有重要意义，它不仅可以减少资源消耗，提高养殖效率和经济效益，还能为海胆的科学研究提供更便捷的方法，推动海胆研究领域的进一步发展。此外，研究人员发现的位于 Scaffold 2 上的短遗传区域，因其高密度的雄性特异性 SNP，具有开发成基于 PCR 的遗传性别标记的潜力，尽管目前还需要进一步验证其可靠性和一致性，但这无疑为未来的研究指明了方向。
总的来说，这项研究成功找到了长刺海胆非侵入式性别鉴定的有效方法，为海胆产业和相关科学研究提供了重要的技术支持和理论依据。生殖乳头形态作为性别鉴定标记的应用，将极大地推动海胆养殖的精细化管理，有助于优化养殖策略，提高海胆产品的质量和产量。同时，在生态研究方面，该方法能够更准确地分析海胆种群结构和性别比例，为保护野生海胆种群提供更科学的决策依据。而潜在性别鉴定基因区域的发现，则为后续深入研究海胆性别决定机制奠定了基础，有望进一步揭示海胆生殖生物学的奥秘，促进海胆研究领域的不断拓展和创新。
