【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】 近日，學(xué)校水產(chǎn)學(xué)院劉海平教授團(tuán)隊(duì)博士后張運(yùn)邦在國(guó)際權(quán)威學(xué)術(shù)期刊《美國(guó)國(guó)家科學(xué)院院刊》(PNAS)發(fā)表了題為《泥鰍Cdk1單倍型不足通過Cdk2/Ccne1?Fzr1a通路觸發(fā)減數(shù)分裂前核內(nèi)復(fù)制和未減數(shù)精子形成》(Cdk1 heterozygosity triggers premeiotic endoreplication and unreduced sperm formation via the Cdk2/Ccne1–Fzr1a pathway in loach, a teleost)的研究論文。研究以二倍體泥鰍為研究對(duì)象，揭示了cdk1雜合突變通過Cdk2/Ccne1–Fzr1a通路誘導(dǎo)精原細(xì)胞減數(shù)分裂前核內(nèi)復(fù)制并形成未減數(shù)二倍體精子的分子機(jī)制，在基因功能解析與魚類多倍體種質(zhì)創(chuàng)制間建立了直接聯(lián)系，為水產(chǎn)動(dòng)物配子倍性調(diào)控和多倍體育種提供了新的遺傳學(xué)路徑。
 

　　多倍化既是脊椎動(dòng)物基因組演化的重要?jiǎng)恿?，也是水產(chǎn)動(dòng)物種質(zhì)創(chuàng)新的重要手段。未減數(shù)配子能夠保留與親本體細(xì)胞相同的染色體組，是自然多倍體形成和人工多倍體育種的重要生物學(xué)基礎(chǔ)。部分脊椎動(dòng)物可通過減數(shù)分裂前核內(nèi)復(fù)制，使生殖細(xì)胞在進(jìn)入減數(shù)分裂前完成額外一輪DNA復(fù)制，進(jìn)而產(chǎn)生未減數(shù)配子。然而，生殖細(xì)胞如何突破正常倍性限制、啟動(dòng)減數(shù)分裂前核內(nèi)復(fù)制，以及這一過程受到哪些分子通路調(diào)控，長(zhǎng)期以來仍缺乏清晰解釋。與此同時(shí)，現(xiàn)有魚類人工多倍體誘導(dǎo)主要依賴溫度、壓力或化學(xué)處理，其誘導(dǎo)效果容易受到處理時(shí)機(jī)、劑量和親本狀態(tài)等因素影響，因此，探索可遺傳、可調(diào)控的配子倍性形成途徑具有重要科學(xué)意義和育種價(jià)值。
 

　　研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，雄性cdk1雜合突變泥鰍能夠產(chǎn)生未減數(shù)二倍體精子。野生型雌魚與突變雄魚雜交后，獲得的后代中三倍體比例達(dá)到5.10%—7.98%。通過BrdU摻入、磷酸化組蛋白H3免疫檢測(cè)、DNA含量分析和染色體觀察，研究團(tuán)隊(duì)證實(shí)部分突變體精原細(xì)胞在正常有絲分裂和胞質(zhì)分裂完成前再次啟動(dòng)DNA復(fù)制，形成染色體組加倍的精原細(xì)胞。這些細(xì)胞隨后以四倍體狀態(tài)進(jìn)入減數(shù)分裂，并在粗線期形成50個(gè)二價(jià)體。這些發(fā)現(xiàn)表明，cdk1雜合突變泥鰍產(chǎn)生未減數(shù)二倍體精子的主要原因是精原細(xì)胞發(fā)生了減數(shù)分裂前核內(nèi)復(fù)制。
 

　　研究證實(shí)，cdk1雜合突變提高了Cdk2第15位酪氨酸的抑制性磷酸化水平，并促進(jìn)Ccne1積累以及Cdk2/Ccne1復(fù)合物形成。該復(fù)合物進(jìn)一步增強(qiáng)Fzr1a第124位蘇氨酸的磷酸化，抑制APC/CFzr1a復(fù)合物活性，進(jìn)而擾亂有絲分裂退出、胞質(zhì)分裂和下一輪DNA復(fù)制之間的有序切換，最終推動(dòng)精原細(xì)胞發(fā)生減數(shù)分裂前核內(nèi)復(fù)制。對(duì)Cdk2進(jìn)行功能干預(yù)后，突變雄魚的未減數(shù)二倍體精子及相應(yīng)三倍體后代不再檢出，進(jìn)一步證明Cdk2/Ccne1–Fzr1a通路是該表型形成的關(guān)鍵調(diào)控環(huán)節(jié)。
 

　　研究團(tuán)隊(duì)利用cdk1突變泥鰍產(chǎn)生的未減數(shù)二倍體精子，進(jìn)一步獲得了三倍體和四倍體泥鰍后代，驗(yàn)證了通過遺傳調(diào)控配子倍性進(jìn)而創(chuàng)制魚類多倍體種質(zhì)的可行性。團(tuán)隊(duì)據(jù)此提出“配子倍性工程”(Gamete Ploidy Engineering，GPE)育種策略，即通過遺傳調(diào)控生殖細(xì)胞周期，獲得特定倍性的功能性配子并用于多倍體種質(zhì)創(chuàng)制。
 

　　該研究由劉海平教授團(tuán)隊(duì)和華中農(nóng)業(yè)大學(xué)水產(chǎn)學(xué)院曹小娟教授團(tuán)隊(duì)共同指導(dǎo)完成。學(xué)校水產(chǎn)學(xué)院職前博士后張運(yùn)邦、博士研究生李榮云，華中農(nóng)業(yè)大學(xué)水產(chǎn)學(xué)院博士生梅熠輝、博士后孫兵為論文共同第一作者。研究得到了國(guó)家自然科學(xué)基金和中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費(fèi)專項(xiàng)資金等項(xiàng)目資助。
 

　　引用：學(xué)校研究揭示物種多倍化的分子機(jī)制并提出多倍體育種新策略-西南大學(xué)科學(xué)技術(shù)發(fā)展研究院【引用時(shí)間：2026年10月5日】