转录组学揭示了黑鲈鱼（Micropterus nigricans）在内源营养阶段胚胎发育过程中的基因表达动态

《Comparative Biochemistry and Physiology Part D: Genomics and Proteomics》：Transcriptomics reveals the gene expression dynamics during embryonic development of largemouth bass ( Micropterus nigricans) at the endogenous nutrition stage

　　**摘要**
鱼类的早期发育阶段在其整个生命周期中表现出最高的死亡率和最大的环境敏感性。这一时期包含了一系列关键的生物事件，包括形态发生、器官分化以及从受精卵到新生幼体的营养模式转变。尽管大口黑鲈（Micropterus nigricans）在中国是一种具有重要商业价值的鱼类，但调控其内在营养阶段的分子机制仍大部分未被探索。为了阐明这一关键阶段的分子基础，我们对六个连续的发育阶段（多细胞期、囊胚期、原肠胚期、神经胚期以及孵化后5天的幼体）进行了转录组分析。我们的研究结果揭示了阶段特异性的转录程序：多细胞期到囊胚期的转变特征是细胞周期和DNA复制途径的特异性富集，其中MCM复合物（mcm2–5）的上调促进了增殖；囊胚期到原肠胚期的转变表现为bmp4、fgfr2和lft1的激活，以诱导胚层形成；神经胚期表现出转录爆发和与神经管相关的途径富集；器官发生涉及焦点粘附（col1a1b、col4a5、tnc）和Wnt信号通路（wnt1、wnt4、wnt3a）的同时激活；孵化后5天的幼体显示出视觉功能的成熟，光照转导基因（gnat1、gnat2、gucy2f、pde6b）被确定为枢纽基因。Mfuzz分析进一步显示Cluster 14（igf2r、napin、vamp7、il1b、aco2）的持续上调，表明功能成熟，而Cluster 29（mcm10、espl1、ceph152、ceph44、ceph295）则显示细胞分裂活性的下降。总的来说，这项研究为理解大口黑鲈的胚胎发育提供了转录组资源，并为改进孵化场实践提供了分子层面的见解。

**引言**
大口黑鲈（Micropterus nigricans）于20世纪80年代引入中国。随后，其人工繁殖技术取得了突破，养殖面积逐渐扩大。根据《中国渔业统计年鉴》的最新数据，中国的大口黑鲈养殖产量达到了93.9万吨，在所有淡水鱼类产量中排名第七（Du等，2025年）。养殖区域遍布全国30个省、市和自治区，对鱼苗的需求达到了100亿尾。它逐渐成为中国重要的商业养殖鱼类之一（Kim等，2022年；Wang等，2024年）。迄今为止，已有六个新的大口黑鲈品种获得了国家有关部门的批准（农业农村部，2026年），这有助于解决由于基因退化导致的鱼苗存活率低、抗病性减弱和生长缓慢等问题。然而，高质量鱼苗的稀缺仍然是限制该行业可持续发展的瓶颈（Du等，2022年；Hua等，2024年；Sun等，2025年）。鱼类的早期发育阶段在其整个生命周期中至关重要，因为它们最脆弱，容易受到外部环境的影响（Parajuli等，2026b）。这些阶段主要包括内在的胚胎发育、外来的胚后发育以及幼体和青少年鱼的生长和发育。其中，内在的胚胎发育阶段是直接决定孵化率、鱼苗存活率和整体鱼群健康状况的最关键因素（Zarski等，2021年；Yilmaz等，2024年）。与其他真骨鱼类类似，早期的大口黑鲈胚胎依赖自身的卵黄作为能量来源，以完成从受精卵到新生鱼苗的转变（Aguilar等，2025年）。Su等人进行了一项多组学研究，探讨了其早期发育阶段的糖脂代谢特征，强调了卵黄作为营养储备的重要性（Su等，2026年）。此外，更多的研究集中在温度、盐度和有害化合物等外部环境因素对早期胚胎孵化率的影响上；然而，阐明胚胎发育过程中分子水平上的内在基因表达模式的研究仍然不足（Lin等，2025年；Seabrook等，2025年）。因此，阐明这一发育阶段的分子调控机制对于优化鱼苗饲养策略和提高存活率具有重要的理论和实践价值。

**分子水平**
鱼类的胚胎发育是一个高度有序的、层次化的调控过程。本质上，它是从依赖母体物质到受精卵自主转录激活的连续转变，涉及多个层次的协同作用，包括转录调控、表观遗传重塑和代谢适应（Milton等，2026年；Zhang等，2025b）。在斑马鱼（Danio rerio）等模式生物中，已经建立了调控早期发育的分子调控网络的初步框架（Riddle和Hu，2021年；Liu等，2022年；Sun等，2024年）。在转录调控层面，母体到受精卵的转变（MZT）是胚胎发育开始的关键事件（Despic等，2017年）。在精子诱导卵母细胞激活后的受精卵中，绝大多数基因最初是被转录沉默的，早期发育由母体储存的mRNA和蛋白质驱动。随着发育的进展，受精卵基因逐渐被激活，并开始自主调控基因表达（Aanes等，2011年）。MZT的精确调控不仅决定了胚胎是否能够成功度过早期发育危机，还为后续的器官形成和功能成熟奠定了分子基础。近年来，随着高通量测序技术的快速发展，转录组学已成为阐明鱼类早期发育动态的有效工具。例如，Luo等人对锦鲤（Cyprinus carpio var. koi）的六个发育阶段进行了深度时空转录组分析，从多细胞阶段到孵化后7天，揭示了MZT期间的基因表达重编程，并确定了参与神经嵴发育和体色形成的几个关键候选基因（Luo等，2023年）。Yan等人通过对杂交石斑鱼胚胎的八个发育阶段的转录组分析，确定了Wnt/β-连环蛋白信号通路在背腹轴形成中的关键作用（Yan等，2025年）。同样，在大宗经济鱼类如鳙鱼（Hypophthalmichthys nobilis）、大马哈鱼（Salmo salar）、透明头部冰鱼（Protosalanx chinensis）和美洲鲱鱼（Alosa sapidissima）中（Fu等，2019年；Liang等，2022年；Tang等，2022年；Abdellaoui和Kim，2024年），也利用转录组学研究了早期胚胎发育，提供了关于转录水平上胚胎发育的分子调控的见解。早在20世纪90年代，Liu等人就确认，在22–24.5℃的温度下，引入中国的大口黑鲈胚胎经历了18个发育阶段，从膜状期孵化为新生幼体所需时间为31小时35分钟（Liu等，1990年）。2025年的一项最新研究确定，在22±0.3℃的温度下，大口黑鲈胚胎经历了七个阶段：受精卵、分裂、囊胚、原肠胚、神经胚和孵化，共27个阶段，从膜状期孵化需要46小时20分钟。这一发现为大口黑鲈胚胎发育的精确时间线提供了有力支持（Zhang等，2025a；Zhang等，2025b；Zhang等，2025c）。在孵化后0–5天（dph）阶段，大口黑鲈主要依赖内在营养物质。从第5天开始，它们开始摄取外部食物来源，如轮虫和卤虫。受精后第五天，鱼苗的卵黄囊基本耗尽，标志着从内在营养到外在营养的关键转变点。尽管此时鱼苗开始上浮并具备一定的游泳能力，但其消化系统尚未完全发育，觅食能力有限。如果不能及时进食，它们将迅速达到不可逆的饥饿阈值，导致大量死亡。同时，这一阶段的鱼苗对环境因素的波动极为敏感，这使得它们极易发生大规模死亡（Aguilar等，2025年；Parajuli等，2026a；Parajuli等，2026b）。因此，本研究对内在营养阶段的六个胚胎发育阶段进行了转录组测序分析，以阐明这一时期基因表达的时间动态，旨在为后续的分子调控网络分析和优化鱼苗饲养策略提供理论基础。

**实验亲本群体**
实验亲本群体由中国渔业科学院淡水渔业研究中心独立饲养的两岁大口黑鲈（雌性体重1.2–1.5公斤；雄性体重1.1–1.4公斤）（Hua等，2024年）。这一亲本群体源自研究团队在2018年引入的美洲纯种鱼群。经过密集繁殖后，选择了800条高质量个体作为G0基础群体。

**转录组测序结果统计分析**
对从多细胞期到孵化期的18个样本进行转录组测序，共产生749,471,562个原始读段。经过质量控制后，获得了717,809,242个干净读段，每个样本的平均干净碱基量为5.98 G。平均Q20和Q30值分别大于99.99%和99.24%。GC含量为47.08%，与参考基因组的比对率在96.64%到98.01%之间，表明整体测序质量很高（表S2）。

**讨论**
作为中国重要的商业养殖鱼类，大口黑鲈的全周期人工养殖技术已经建立，并在鱼苗饲养、饲料配方、养殖模式和疾病控制等领域进行了大量研究（Wang等，2024年）。其中，早期胚胎发育期间从内在营养到外在营养的转变直接决定了鱼苗饲养的成功与否。最近的一项研究利用转录组分析大口黑鲈内在营养阶段的六个连续发育阶段，结合成对差异比较、Mfuzz时间聚类和WGCNA分析，系统地描述了早期胚胎发生过程中的基因表达时间动态。我们的结果揭示了一个明确的阶段特异性分子轨迹：多细胞期到囊胚期主要受到DNA复制和细胞周期进动的支配；囊胚期……

**作者贡献声明**
Jixiang Hua：撰写——原始草稿，正式分析，数据管理。Yifan Tao：监督，软件使用。Hui Sun：软件使用，数据管理。Taide Zhu：资源提供，方法学设计。Xiaoyi Wang：资源提供，资金获取。Xiaochen Huang：资源提供。Wen Wang：可视化处理，软件使用，资金获取。Siqi Lu：资源提供，数据管理。Jian Lu：撰写——审稿与编辑，监督。Jun Qiang：撰写——审稿与编辑，监督，项目管理，方法学设计，资金获取。

**伦理声明**
本研究中使用大口黑鲈获得了中国渔业科学院淡水渔业研究中心（FFRC，无锡）伦理委员会的批准（批准编号2013863 BCE）。

**资金支持**
本研究由中央公共利益科学机构CAFС基础研究基金（2023TD40）、宁夏回族自治区重点研发计划（2026BBF02005）以及江苏沿海开发集团有限公司项目“大口黑鲈‘苏鲁No.1’的育种结果评估及产业化应用技术示范”（26210010）资助。

**利益冲突声明**
作者声明没有利益冲突。

**作者名单**
Jixiang Hua | Yifan Tao | Hui Sun | Taide Zhu | Xiaoyi Wang | Xiaochen Huang | Wen Wang | Siqi Lu | Jian Lu | Jun Qiang
中国南京农业大学无锡渔业学院，无锡，214081