通过转录组分析了解体内老化对狗鱼卵的分子影响

《Theriogenology》：Understanding the molecular implications of in vivo ageing in pikeperch eggs via transcriptomic profiling

卵母细胞在体内老化过程中，转录组动态变化是早期卵质量下降的敏感指标。通过比较1和5小时后熟鲈鱼卵的转录组特征，发现RNA代谢、细胞骨架重组及细胞周期调控相关基因显著差异，鉴定出ago2、ep300、kmt2c等关键调控基因，以及跨物种保守的ivns1abp、setdb1标记。研究证实转录组分析优于传统蛋白质组方法，为水产养殖优化亲本选育和卵质评估提供新工具。

　　在水产养殖领域，卵子质量的不确定性和变化性一直是影响繁殖成功率和生产效率的重要障碍。卵子质量的下降不仅会导致受精率和孵化率的降低，还可能引发胚胎发育不良以及幼体畸形和死亡等问题。因此，识别可靠的卵子质量分子标记对于优化孵化工艺和选择性育种策略具有关键意义。近年来，随着分子生物学技术的进步，研究者们开始探索卵子质量变化的潜在机制，并试图通过不同方法建立更精准的分子标记。

本研究基于我们之前的工作，该研究通过蛋白质组学方法分析了 Pikeperch（*Sander lucioperca*）卵子在体外老化过程中的早期变化。在此基础上，我们采用互补的转录组学方法，进一步揭示了卵子质量下降背后的分子机制。通过一种商业应用的物种特异性缝合技术，可以防止卵子在排卵后过早释放，从而构建了一个受控且具有生物学意义的体内老化模型。这一模型允许研究者在卵子尚未发生明显形态学变化时，识别出其发育能力下降的早期分子标记。

尽管在排卵后5小时的卵子尚未表现出明显的质量退化，但其受精率和孵化成功率却显著低于在排卵后1小时采集的卵子。这一现象表明，卵子质量的变化可能在肉眼不可见的阶段就已经发生。通过转录组学分析，我们发现有202个差异表达的转录本，这些转录本涉及多种生物学过程，包括RNA代谢、mRNA降解、细胞骨架组织和细胞周期调控等。其中，一些核心基因如 *ago2*、*ep300* 和 *kmt2c* 被认为是卵子发育能力的关键调控因子，而 *ivns1abp* 和 *setdb1* 则被鉴定为跨物种的卵子质量保守标记。

本研究的发现进一步表明，转录组学变化，而不是蛋白质组学改变，是卵子在排卵后早期老化过程中的敏感指标。这为开发基于转录组的分子标记提供了新的思路，有助于提升水产养殖中亲本管理的水平和繁殖结果的稳定性。此外，这些结果也揭示了转录组学变化在早期阶段对卵子质量下降的指示作用，而不仅仅是细胞损伤或退化的结果。

在水产养殖中，尤其是高价值淡水鱼类如 Pikeperch 的生产过程中，卵子质量的不稳定性是一个亟需解决的问题。Pikeperch 是欧洲广泛养殖的鱼类之一，其生产主要依赖于循环水养殖系统（RAS）。然而，由于卵子质量的波动，特别是经常处于亚优状态，其商业生产受到一定限制。因此，研究 Pikeperch 卵子质量变化的机制，不仅有助于理解其繁殖过程，也为提高其生产效率提供了理论支持。

为了克服卵子在排卵后过早释放的问题，研究人员开发了一种缝合技术，该技术通过封闭生殖乳突，使卵子能够在体内保持一段时间。这一技术最初是为了满足孵化工艺的需求而设计的，但同时也为研究卵子在体内老化的生物学过程提供了实验机会。与传统的体外老化模型相比，体内老化模型能够更真实地模拟卵子在母体中的环境，从而避免由于人工条件导致的应激反应。这使得研究人员能够在卵子尚未发生明显形态变化时，检测到其发育能力下降的早期分子信号。

在体内老化过程中，卵子虽然没有发生肉眼可见的退化，但其发育能力已经受到影响。这表明，卵子质量的变化可能在细胞层面就已经发生，而不仅仅是形态学上的变化。通过比较排卵后1小时和5小时采集的卵子的转录组学特征，我们发现这些转录本的变化与卵子质量的下降密切相关。这一发现不仅支持了我们之前关于体内老化对卵子发育能力产生负面影响的结论，还提供了具体的分子标记，这些标记能够预测卵子质量的变化趋势。

此外，研究还揭示了转录组学分析在识别卵子质量变化中的优势。与蛋白质相比，转录本对老化过程的反应更为迅速和动态，因此成为评估卵子发育能力的重要分子标记。通过分析卵子在不同时间点的转录组学特征，我们能够更全面地理解其质量变化的机制，并为未来的亲本管理和繁殖优化提供科学依据。这一研究的成果表明，转录组学分析在揭示卵子质量变化方面具有重要的应用价值，特别是在体内老化模型的应用中。

为了确保研究的科学性和伦理性，所有实验均遵循欧洲和波兰国家关于动物福利和伦理考虑的相关规定，并获得波兰奥尔什丁市伦理委员会的批准。在亲本管理方面，研究使用了来自波兰东北部 Talty 湖的野生亲本，这些亲本在繁殖季节（4月）被捕获，并运送到 Miko?ajki 鱼场进行孵化。亲本在循环水养殖系统（RAS）中被饲养，水温维持在12°C。在实验过程中，亲本的管理非常细致，以确保卵子的高质量采集和处理。

在卵子质量的评估方面，研究通过一系列指标来衡量卵子的发育能力，包括受精率、孵化率和幼体畸形率。研究发现，排卵后5小时的卵子在这些指标上均表现出显著下降。例如，受精率在排卵后1小时为89.6±3.5%，而在排卵后5小时降至47.8±10.1%，差异具有统计学意义（p=0.035）。孵化率在排卵后1小时为78.1±3.8%，而在排卵后5小时降至23.1±8.1%（p=0.031），这一变化进一步说明了体内老化对卵子质量的负面影响。此外，来自排卵后5小时卵子的幼体畸形率也明显高于排卵后1小时的卵子（1.6% vs. 6.1%，p=0.034）。

通过转录组学分析，我们发现排卵后1小时和5小时的卵子在转录水平上存在显著差异。这些差异涉及多个生物学过程，包括RNA代谢、mRNA降解、细胞骨架组织和细胞周期调控等。其中，一些核心基因如 *ago2*、*ep300* 和 *kmt2c* 被认为是卵子质量变化的关键调控因子，而 *ivns1abp* 和 *setdb1* 则被识别为跨物种的卵子质量保守标记。这些发现不仅揭示了卵子质量变化的潜在机制，也为未来的研究提供了新的方向。

本研究的成果表明，转录组学分析在识别卵子质量变化方面具有重要的应用价值。通过分析卵子在体内老化的不同阶段，我们可以更准确地理解其质量变化的生物学过程，并为水产养殖中的亲本管理和繁殖优化提供科学依据。这一研究不仅拓展了我们对卵子质量变化的认识，也为未来的分子标记开发提供了新的思路。此外，研究还表明，转录组学分析在早期阶段对卵子质量变化的敏感性远高于传统的蛋白质组学分析，这使得其成为研究卵子质量变化的更优工具。

在水产养殖领域，卵子质量的变化不仅影响繁殖成功率，还可能对整个生产流程产生连锁反应。因此，研究卵子质量变化的机制对于提高水产养殖的效率和可持续性具有重要意义。通过结合形态学分析和转录组学分析，我们可以更全面地理解卵子质量变化的生物学基础，并为未来的亲本管理和繁殖优化提供科学依据。此外，研究还揭示了转录组学分析在识别卵子质量变化中的优势，使其成为研究卵子质量变化的更优工具。

综上所述，本研究通过转录组学分析揭示了Pikeperch卵子在排卵后早期老化的分子机制，并为水产养殖中的亲本管理和繁殖优化提供了新的思路。这些发现不仅有助于提高卵子质量的评估和管理，也为未来的分子标记开发提供了科学依据。通过进一步的研究，我们有望开发出更精准的分子标记，以提升水产养殖的效率和可持续性。