棘胸蛙雄性季节性胸部棘刺形成的细胞外基质重塑机制及其对繁殖成功的影响

《Frontiers in Zoology》：Formation and reproductive significance of chest spines in Quasipaa spinosa

　　

摘要

雄性棘胸蛙（Quasipaa spinosa)）在繁殖季节发育出季节性的胸部棘刺，但这一性状的结构基础、分子变化及繁殖作用仍不清楚。因此，为了阐明胸部皮肤的结构与分子重塑如何协同作用以形成这一重要的繁殖性状，我们对雄性皮肤组织进行了 AB-PAS 组织学染色、定量蛋白质组学分析和实时定量 PCR 验证。然后，我们将这些分析与棘刺钝化、繁殖竞争实验以及基于 SSR 的亲权鉴定相结合，以检验胸部棘刺的形成及其与雄性繁殖成功率的关系。我们发现 Q. spinosa 的胸部皮肤具有特化的腺体结构和富含胶原的真皮框架，表明这为随后的棘刺发育提供了结构基础。在繁殖周期中，胸部棘刺的形成伴随着细胞外基质（ECM）相关蛋白和通路的显著变化，包括局灶粘附点和 ECM–受体相互作用。此外，在此过程中，与 TGF-β/Smad 信号通路和基质重塑相关的基因表达发生了动态改变。繁殖实验表明，胸部棘刺发育更好的雄性产生的后代更多，而人工钝化棘刺则降低了繁殖成功率。总之，这些结果表明 Q. spinosa 的季节性胸部棘刺形成与细胞外基质重塑密切相关，并有助于雄性在繁殖季节的繁殖成功。这些发现为亲本选择、保护育种以及两栖动物种群的繁殖适合度管理提供了实际意义。特别是，胸部棘刺的发育可能作为雄性繁殖表现的实际指标，将进化选择的第二性征与繁殖管理联系起来。