水生所揭示性腺共生菌穩(wěn)態(tài)是影響黃鱔性反轉(zhuǎn)自然發(fā)生的重要因素
早在80多年前，中國科學院水生生物研究所劉建康先生首次報道了黃鱔（Monopterus albus）存在雌雄同體、先雌后雄的自然性反轉(zhuǎn)特性（Liu CK,1944）。有趣的是，黃鱔的性反轉(zhuǎn)往往發(fā)生在第一次排卵后，性反轉(zhuǎn)過程經(jīng)歷從當年9月到次年6月甚至更漫長的時間跨度。這個過程中季節(jié)更替、溫度變化等環(huán)境因素極其復雜，導致黃鱔性反轉(zhuǎn)自然發(fā)生的外在因素至今尚未闡明，一直困擾著相關(guān)領(lǐng)域的研究者們。
水生所魚類RNA生物學研究組長期聚焦魚類性反轉(zhuǎn)與遺傳育種，前期創(chuàng)建首個動物性反轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)庫（ASER,http://aser.ihb.ac.cn/）（Genomics Proteomics & Bioinformatics?2021,19: 873-881.），系統(tǒng)發(fā)掘了包括一類新的RNA加工相關(guān)的性反轉(zhuǎn)因子，正在陸續(xù)解析這些因子的功能（EMBO J?2024,43:1990-2014.）。該團隊一方面從遺傳和RNA加工調(diào)控角度解析黃鱔自然性反轉(zhuǎn)機制；另一方面，一直在發(fā)掘影響黃鱔性反轉(zhuǎn)自然發(fā)生的關(guān)鍵因素。以小鼠和人類為代表的哺乳動物研究顯示健康狀態(tài)下雌性生殖系統(tǒng)中存在豐富的細菌微生物，相反，雄性生殖系統(tǒng)中卻極少存在細菌微生物；這是因為細菌微生物在非病理條件下很難穿越血睪屏障和血腦屏障。不同于哺乳動物的結(jié)論，該團隊率先發(fā)現(xiàn)黃鱔的卵巢和精巢中均存在豐富的共生菌（Frontiers in Immunology 2022,13: 938326）。隨后， Mani A等也報道了多種健康鮭科魚類的腦組織中也存在豐富的共生菌且扮演重要功能（Science Advances 2024,10:eado0277）。這些結(jié)果都提示了魚類性腺和腦即使存在血睪和血腦屏障的保護仍存在豐富的共生菌且可能扮演重要功能。
近日，該團隊以“Natural sex reversal imparts permanent compositional changes to the swamp eel gonadal microbiome”為題在微生物學領(lǐng)域國際期刊Microbiome發(fā)表了最新研究進展。
圖1. 黃鱔卵巢優(yōu)勢細菌芽孢桿菌在卵巢和精巢中的雙向調(diào)控功能
該團隊報道了黃鱔卵巢和精巢中的細菌微生物群落特征，通過與腸道、皮膚和血液三個不同生態(tài)位中微生物群落進行比較分析和溯源，發(fā)現(xiàn)了黃鱔性腺菌群主要來自于腸道和血液。隨后，他們重點關(guān)注了卵（精）巢優(yōu)勢菌，最終成功分離和培養(yǎng)了黃鱔卵巢優(yōu)勢細菌芽孢桿菌。又通過在體注射芽孢桿菌的動物實驗，結(jié)合組織學、細胞/分子實驗和組學等發(fā)現(xiàn)芽孢桿菌有助于維持黃鱔卵巢生理功能；相反，過量的芽孢桿菌導致精巢的炎癥反應并抑制了雄性黃鱔精子活力，導致精子數(shù)量減少等損害精巢功能。該研究揭示了卵巢優(yōu)勢細菌芽孢桿菌在雌雄同體黃鱔性腺中的雙向調(diào)控功能，提示了卵巢和精巢優(yōu)勢菌在性反轉(zhuǎn)中的重要功能（圖1）。這些結(jié)果一定程度上從性腺共生菌穩(wěn)態(tài)角度回答了“黃鱔性反轉(zhuǎn)為什么往往發(fā)生在第一次排卵后？”的問題，為深入解析黃鱔性反轉(zhuǎn)自然發(fā)生的影響因素探索了新方向，也為開發(fā)益生菌定向誘導黃鱔性別提供了新思路。
水生所孟愷峰博士為第一作者，羅大極研究員為通訊作者。劉飛副研究員、趙媛莉博士等為該研究做出重要貢獻。該研究得到了國家自然科學基金杰出青年基金項目（32425055）、湖北省重點研發(fā)計劃項目（2023BBB172、2020CFA056）、湖北省支持種業(yè)高質(zhì)量發(fā)展資金項目（HBZY2023B009）、湖北省洪山實驗室項目（2022hszd022）等資助。
論文鏈接：https://microbiomejournal.biomedcentral.com/articles/10.1186/s40168-025-02187-7
