鹿角珊瑚（Acropora tenuis）时间序列转录组揭示石珊瑚同步大规模产卵的分子调控浪潮

这篇研究通过时间序列RNA测序技术，首次系统揭示了鹿角珊瑚（Acropora tenuis）同步产卵的分子机制。研究发现236个基因形成四波分子事件浪潮：TGF-β信号通路激活、前列腺素（prostaglandin）分泌、精子获能（sperm capacitation）和转录因子ELF1级联反应，构建了月光非依赖型的产卵同步调控网络，为珊瑚生殖生态学研究提供了突破性视角。

　　

年度转录组动态揭示珊瑚生殖节律

通过对鹿角珊瑚（Acropora tenuis）长达一年的时间序列RNA测序监测，研究团队捕获了两个完整产卵周期的转录组动态。分析14,393个表达基因发现，81%-86%的高变基因（236-252个）在产卵月份（4-5月）达到表达峰值。这些基因形成明显的四阶段表达模式，包括"雄性减数分裂核分裂"等生殖相关功能的显著富集。

产卵季节的分子事件浪潮

研究将产卵相关基因划分为三个核心集群：

C1集群（46基因）：产卵前2周激活，涉及TGF-β信号通路关键元件如原纤维蛋白1（FBN1）和潜在转化生长因子β结合蛋白（LTBP）。这些分子参与构建细胞外基质，为后续生殖细胞成熟提供微环境。

C2集群（104基因）：产卵前1-2周表达高峰，包含4个睾丸特异性丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶（Tssk）同源基因，这些激酶在小鼠模型中已被证实对精子形成至关重要。该阶段同时出现"鞭毛精子运动"等功能富集，表明精子成熟过程加速。

C3集群（86基因）：根据时序特征可细分为：

• C3a（70基因）：持续高表达至产卵日，富含"前列腺素分泌"功能

• C3b（5基因）：包含多巴胺受体D5（DRD5）、钾通道KCNH4等精子获能相关基因

• C3c（5基因）：产卵当日特异性激活的ETS家族转录因子ELF1

关键分子机制的生物学意义

研究揭示了几个突破性发现：

1. 前列腺素可能作为群体同步信号：C3a集群中持续分泌的前列腺素可能介导珊瑚群体间的化学通讯，这一发现支持了珊瑚通过旁分泌实现生殖同步的假说。

2. 卵黄蛋白的双重功能：传统认为的卵黄蛋白Vg1表现出与Vg2完全不同的表达模式，提示其在卵-精子束形成中的新功能，而非常规的营养供给作用。

3. ELF1的"最终开关"作用：ETS转录因子ELF1在产卵当日的爆发式表达，可能是触发产卵行为的关键分子开关，这一发现为人工调控珊瑚繁殖提供了新靶点。

进化与生态学启示

研究提出的月光非依赖型调控机制，解释了鹿角珊瑚在复杂环境下的生殖适应性：

• 通过TGF-β和前列腺素等多层次信号整合，珊瑚能灵活应对年际环境波动

• 该机制可能形成于始新世-渐新世（25-50百万年前）的高温环境，成为鹿角珊瑚占据生态优势的关键

• 相似的调控通路可能存在于其他石珊瑚（如Montipora、Galaxea等），但存在属种特异性修饰

技术方法与数据价值

研究采用3'mRNA测序技术，获得单转录本分辨率数据（TPM量化）。通过六重复生物学样本验证，确保数据的可靠性。创新性地将年度周期分析与产卵季节高密度采样结合，首次构建了珊瑚生殖的完整分子时序图谱。原始数据已公开，为后续比较基因组研究提供重要资源。