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为探究动物在营养限制环境下的繁殖策略，研究人员以墨西哥丽脂鲤（Astyanax mexicanus）为对象，对比表面鱼和洞穴鱼的繁殖活动等。结果发现洞穴鱼繁殖策略独特，且鉴定出igf1ra等相关基因。该研究为理解动物适应极端营养环境提供依据。
在神秘的洞穴世界里，生活着一种独特的鱼类 —— 墨西哥丽脂鲤（
Astyanax mexicanus）。它分为表面河鱼和洞穴鱼两种形态，洞穴鱼长期生活在黑暗、营养匮乏且生物多样性低的洞穴环境中，却演化出了令人惊叹的抗饥饿能力。但一直以来，人们对其在营养限制下的繁殖策略知之甚少。在生物繁衍的宏大篇章中，繁殖策略是物种延续的关键密码，而营养环境又像一只无形的大手，深刻影响着动物的繁殖能力。比如在历史上的荷兰饥荒事件中，食物匮乏不仅影响了当时人们的生育，还对后代产生了跨代效应。在实验室的动物研究里也发现，母体资源限制会改变后代的繁殖特征和发育情况。因此，为了揭开墨西哥丽脂鲤在营养限制下繁殖策略的神秘面纱，来自国外研究机构的研究人员开展了深入研究。这项研究成果发表在《Developmental Biology》上，为我们理解动物如何适应极端营养环境提供了重要线索。
研究人员运用了多种技术方法来开展此项研究。在繁殖实验方面，通过模拟野外温度波动诱导繁殖，记录繁殖相关数据。在分子层面，利用非靶向蛋白质组学和脂质组学技术分析卵的蛋白质和脂质组成；运用单细胞 RNA 测序（scRNA-seq）和批量 RNA 测序（RNA-seq）研究卵巢转录组。此外，还进行了饥饿实验，观察表面鱼和洞穴鱼在饥饿条件下的繁殖变化。
研究结果如下：
- 独立洞穴鱼种群与表面鱼繁殖输出不同：研究人员假设洞穴鱼可能会像秀丽隐杆线虫（Caenorhabditis elegans）和水蚤（Daphnia）一样，在繁殖时采用数量与质量的权衡策略，以适应洞穴的营养限制环境。通过测量不同种群产生的卵的数量和大小，研究人员发现，与表面鱼相比，洞穴鱼在繁殖上有着独特的策略。莫利诺（Molino）洞穴鱼产卵频率较低，帕钦（Pachón）洞穴鱼单次产卵量更多，且两种洞穴鱼的胚胎存活率都低于表面鱼。同时，洞穴鱼胚胎的卵黄更大，这意味着母体为每个后代提供了更多的营养储备。例如，帕钦洞穴鱼不仅卵大，产卵量也较多，显示出更高的繁殖投入；而莫利诺洞穴鱼虽产卵量少，但卵较大，可能是在平衡繁殖的能量消耗。
- 卵蛋白质和脂质组成表明墨西哥丽脂鲤的形态特异性进化适应：由于墨西哥丽脂鲤幼鱼在受精后 5.5 天才开始进食，在此之前，早期胚胎完全依赖母体提供的卵黄作为营养来源，所以卵黄的组成对幼鱼的后期发育至关重要。研究人员使用非靶向蛋白质组学和脂质组学方法分析 2 细胞期胚胎的蛋白质和脂质谱，发现表面鱼和洞穴鱼的卵黄蛋白质和脂质谱存在明显差异。如洞穴鱼的卵黄中，鞘脂类物质的含量显著高于表面鱼，而苯类、碳水化合物、核酸等物质的含量较低。这些差异可能使它们在不同的自然环境中具有生存优势。
- 不同发育阶段的卵母细胞形态在表面鱼和洞穴鱼之间相似：卵黄成分在卵母细胞成熟的不同阶段进行合成和吸收，这一过程会影响卵黄的营养成分，进而影响后代的适应性。研究人员对年龄匹配的成年鱼卵巢进行 H&E 染色，并使用 YOLOv8 对象检测器测量卵母细胞大小。结果发现，除了洞穴鱼的成熟卵母细胞略大于表面鱼外，不同种群的卵母细胞大小没有显著差异。
- 卵巢转录组分析揭示洞穴鱼特有的生殖适应：为了深入了解表面鱼和洞穴鱼卵巢的分子差异，研究人员将卵巢细胞按大小分类，分别进行 scRNA-seq 和 RNA-seq。结果显示，洞穴鱼的滤泡体细胞比例较高，且与激素调节相关的基因上调，这表明洞穴鱼在激素调节方面具有更强的能力。同时，洞穴鱼的氧化磷酸化（OXPHOS）途径相关基因表达降低，意味着其在生殖过程中的能量需求较低。此外，在卵母细胞方面，洞穴鱼较大的卵母细胞中与阳离子通道活性相关的基因上调，这可能与增强的营养转移效率有关，但具体机制还需进一步探索。
- 洞穴鱼的繁殖具有抗饥饿能力：在自然环境中，洞穴鱼能够在营养有限的情况下全年繁殖，这暗示其生殖系统具有很高的抗饥饿能力。研究人员通过对表面鱼和帕钦洞穴鱼进行为期 2 个月的饥饿实验并诱导产卵，发现表面鱼在饥饿期间产卵频率显著降低，而帕钦洞穴鱼受影响较小。帕钦洞穴鱼在饥饿时，6 日龄幼鱼的卵黄显著增大，这可能是由于其产卵更大或幼鱼卵黄消耗率较慢，增强了后代在营养限制环境中的适应性。
- IGF 信号在减轻饥饿对洞穴鱼繁殖影响中的潜在作用：通过对实验鱼卵巢的批量 RNA-seq 和 PCA 分析，研究人员发现，在饥饿条件下，表面鱼的igf1ra基因显著下调，而帕钦洞穴鱼则没有明显变化。igf1ra主要在滤泡体细胞和基质细胞中表达，其表达变化可能影响卵巢发育相关基因。此外，研究人员还在帕钦和蒂纳哈（Tinaja）洞穴鱼的igf1ra基因外显子中发现了编码变异，这可能改变了其功能，使得洞穴鱼能够更好地抵御饥饿。
研究结论表明，墨西哥丽脂鲤的帕钦和莫利诺洞穴鱼与表面鱼在繁殖输出上存在差异，洞穴鱼的卵更大且具有独特的母体营养沉积。转录组分析揭示了表面鱼和洞穴鱼卵巢不同细胞类型之间的差异表达基因，这些基因参与激素调节和离子通道相关通路，可能为洞穴鱼的生殖系统提供了应对饥饿的缓冲机制。这使得洞穴鱼能够在长期饥饿的情况下继续繁殖，而表面鱼则难以维持繁殖活动。这项研究意义重大，它不仅为我们深入理解墨西哥丽脂鲤的繁殖生物学提供了详细信息，还为探究动物如何适应极端营养环境提供了重要的理论依据，有助于我们进一步探索生命在不同环境下的生存策略和演化机制。
