两种Hyloxalus蛙类（箭毒蛙科）手臂和手指大型腺体的组织学及基因表达分析

《Molecular Ecology》：Histological and Gene Expression Analyses of the Arm and Finger Macroglands of Two Hyloxalus Frogs (Dendrobatidae)

研究两种毒蛙Hyloxalus azureiventris和Hyloxalus nexipus的皮肤腺体，发现H.nexipus存在肿胀手指和黑臂腺（BAG），两者均由特殊腺体（SMGs和SSGs）组成并表达sodefrin前体蛋白（SPF），提示互补的化学通讯功能。H.azureiventris虽无肿胀手指，但其BAG区域存在SSGs并表达SPF，表明不同腺体结构可能适应多样化的繁殖策略。分子分析显示SPF表达水平存在显著个体间差异，可能与繁殖状态相关。本研究揭示了树蛙中化学通讯的复杂性及SSGs在繁殖中的新功能。

　　在本研究中，科学家对两种毒箭蛙（Hyloxalus azureiventris 和 Hyloxalus nexipus）的男性个体进行了深入的分析，旨在探讨它们在手臂和手指上的腺体结构及其在化学通讯中的作用。这项研究揭示了毒箭蛙中一些前所未有的腺体结构和基因表达模式，对理解这些蛙类在繁殖过程中的化学信号传递机制具有重要意义。

首先，研究团队通过组织学分析和RNA测序技术，发现Hyloxalus nexipus的男性个体同时具有两种性别的腺体：手指肿胀（swollen fingers）和黑色手臂腺（black arm gland, BAG）。这种双重腺体结构在毒箭蛙中极为罕见，为研究不同腺体类型及其在繁殖中的潜在作用提供了宝贵的材料。相比之下，Hyloxalus azureiventris的男性个体未表现出明显的手指肿胀或手臂黑色腺体，但研究者发现其手指上仍存在与繁殖相关的基因表达，这表明该物种可能拥有未被肉眼观察到的专门化腺体。

通过组织学分析，研究团队发现Hyloxalus nexipus的BAG主要由专门化的浆液腺（specialised serous glands, SSGs）组成，而这些腺体在其他蛙类中通常不被认为与化学通讯有关。这一发现不仅扩展了我们对浆液腺功能的认知，还提示这些腺体可能在毒箭蛙的繁殖行为中发挥关键作用。相比之下，Hyloxalus azureiventris的手臂区域虽然存在SSGs，但未检测到与SPF（sodefrin precursor-like factors）相关的差异性基因表达，这使得其在繁殖中的作用尚不明确。然而，该物种的手指上仍然表现出SPF的高表达，这表明其可能通过其他方式传递化学信号，如手指与雌性背部的直接接触。

SPF是一类在两栖动物中广泛存在的蛋白质性信息素系统，尤其在蝾螈和新发现的某些毒箭蛙中已被证实与繁殖行为相关。在Hyloxalus nexipus中，SPF在BAG和手指上的高表达表明这些结构可能共同参与繁殖过程中的信息素传递。而Hyloxalus azureiventris虽然在手臂上未表现出SPF的差异性表达，但其手指上SPF的高表达暗示其可能也具有专门化的腺体结构，尽管外部观察不到明显的肿胀。

进一步的基因表达分析显示，不同个体之间存在显著的表达差异。例如，在Hyloxalus nexipus中，一些个体表现出极高的SPF表达水平，而另一些个体则较低。这种个体间的差异可能与繁殖状态、激素水平或发育阶段有关。由于RNA测序捕捉的是某一特定时间点的基因表达情况，因此不同个体的繁殖活动状态可能影响其基因表达水平，进而影响信息素的产生。此外，实验条件中的激素调控可能对腺体的发育和信息素的分泌产生重要影响，这提示在实验室环境中，繁殖行为的同步性可能受到影响，从而影响腺体的发育和信息素的表达。

在讨论部分，研究团队指出，SSGs在Hyloxalus属中的分布和表达模式表明它们可能在不同物种中具有不同的功能。例如，Hyloxalus azureiventris的SSGs虽然存在，但未表现出与SPF相关的表达差异，这可能意味着它们在繁殖中的作用尚未被充分揭示。相比之下，Hyloxalus nexipus的SSGs在手臂和手指上的表达差异表明，它们可能与信息素的分泌和传递密切相关。这种功能上的分化可能反映了不同物种在进化过程中对化学通讯的不同策略。

研究还指出，毒箭蛙中的化学通讯可能涉及多种蛋白质，包括但不限于SPF、ranaspumin、nicotinamide N-methyltransferase（NNMT）等。这些蛋白质在其他蛙类中已被证实与繁殖行为相关，例如在Hylidae和Dendrobatidae中，SPF的高表达与雄性手指的肿胀有关，暗示其在信息素传递中的作用。此外，NNMT在某些蛙类的特定腺体中高表达，可能与化学信号的合成和调控有关。然而，目前尚不清楚这些蛋白质在毒箭蛙中的具体功能，需要进一步的研究来验证。

值得注意的是，虽然研究主要集中在雄性个体，但雌性个体是否也具有类似的腺体结构仍然是一个悬而未决的问题。研究团队提到，在某些蛙类中，雌性也可能具备与雄性相似的腺体结构，但这些结构可能不那么明显或未被充分研究。因此，尽管在本研究中未发现雌性个体的SSGs或SPF表达，但这并不排除雌性体内可能存在类似的化学通讯机制。

此外，研究还强调了毒箭蛙中化学通讯的复杂性。例如，某些蛙类的化学信号可能不仅限于腺体分泌，还可能涉及皮肤的其他部分。在Hyloxalus属中，某些物种的皮肤可能含有多种类型的腺体，这些腺体可能在不同的繁殖阶段发挥不同的作用。例如，某些腺体可能在交配过程中分泌信息素，而其他腺体可能在交配后继续发挥作用，以维持雌性的生理准备状态，从而提高受精成功率。

研究还指出，毒箭蛙的繁殖行为可能受到多种因素的影响，包括激素水平、环境条件和行为模式。例如，在自然环境中，雄性通过手指肿胀和手臂腺体的分泌来吸引雌性，而在实验室环境中，由于缺乏自然环境中的季节性变化等刺激因素，这些行为可能受到影响。因此，研究结果可能无法完全反映自然状态下的化学通讯模式。

总的来说，这项研究揭示了毒箭蛙在化学通讯方面的多样性，特别是在雄性个体的腺体结构和基因表达方面。通过结合组织学分析和基因表达数据，科学家不仅确认了某些腺体的组成，还发现了这些腺体在信息素分泌中的潜在作用。这些发现为理解毒箭蛙的繁殖行为提供了新的视角，并强调了化学信号在两栖动物繁殖中的重要性。未来的研究可以进一步探索这些腺体在不同环境条件下的功能，以及它们在更广泛的两栖动物群体中的演化关系。