中華絨螯蟹生殖調控研究進展

王美垚，唐永凱，俞菊華，徐 跑

(中國水產(chǎn)科學研究院淡水漁業(yè)研究中心，農(nóng)業(yè)部淡水漁業(yè)和種質資源利用重點實驗室，江蘇無錫 214081)

中華絨螯蟹(Eriocheirsinensis)，又名河蟹，其隸屬于節(jié)肢動物門(Arthropoda)、甲殼綱(Crustacea)、十足目(Decapoda)、方蟹科(Grapsidae)、絨螯蟹屬(Eriocheir)，是一種在淡水中生長育肥、在海水中行生殖繁衍的洄游性甲殼類動物[1-3]。其肉質細嫩、味道鮮美，被視為水產(chǎn)珍品，深受廣大消費者的青睞。自20世紀70年代開始探索中華絨螯蟹的人工養(yǎng)殖，現(xiàn)今中華絨螯蟹養(yǎng)殖業(yè)取得了突飛猛進的發(fā)展。中華絨螯蟹的人工養(yǎng)殖已成為我國淡水名特優(yōu)新品種養(yǎng)殖中的主導產(chǎn)業(yè)和支柱行業(yè)，在推動我國淡水養(yǎng)殖生產(chǎn)持續(xù)健康地發(fā)展中發(fā)揮著至關重要的作用[4-6]。中華絨螯蟹的生殖活動是我國河蟹人工養(yǎng)殖中的重要環(huán)節(jié)。探討河蟹在生殖階段機體的生理調控機制對于今后更好地促進我國河蟹養(yǎng)殖業(yè)的發(fā)展具有重要意義。

1 中華絨螯蟹生殖系統(tǒng)結構

有關中華絨螯蟹生殖相關研究始于薛魯征、堵南山等開展的中華絨螯蟹雌雄生殖系統(tǒng)的組織學結構及發(fā)育變化研究[7-8]。研究表明，中華絨螯蟹的雄性生殖系統(tǒng)包括一對精巢、射精管、輸精管、副性腺以及雄性生殖孔[9-10]。精巢的發(fā)育先于卵巢。河蟹的精巢通常于3月下旬初步具有較為完整的形態(tài)，精子的出現(xiàn)也先于發(fā)育成熟期的初級卵母細胞的出現(xiàn)。河蟹精巢的發(fā)育具有顯著的季節(jié)性特點[11]。在5—6月，為精巢初級發(fā)育期，副性腺等均不發(fā)達，成熟的精子較少；7—10月管腔充滿成熟精子，副性腺發(fā)達。10月至翌年4月，則是河蟹的生殖季節(jié)。4月后，精巢進入休止期，逐漸出現(xiàn)退化[9-11]。薛魯征開展的河蟹雌性生殖系統(tǒng)組織學研究表明，其包括分葉卵巢、受精囊與輸卵管。河蟹的卵巢發(fā)育同樣具有明顯的季節(jié)性。大致包括三個階段：5—7月為發(fā)育延緩期，細胞中初級卵母細胞較多。8—11月為對數(shù)增長期，成熟前期的初級卵母細胞占據(jù)較大比例。12月至翌年4月為發(fā)育穩(wěn)定期[12-13]。

2 中華絨螯蟹生殖系統(tǒng)生化組成

配子質量是動物生殖生物學研究的熱點話題。在中華絨螯蟹的研究上，對于雄性個體研究較少，但精子為后代提供了同等的遺傳物質，精子的優(yōu)劣對卵子受精率及個體孵化率等具有直接影響作用。鑒于此，學者們開展了河蟹雄性生殖系統(tǒng)生化組成及精子代謝研究[14]，主要探討了生殖系統(tǒng)中主要能源物質的分布模式及精子代謝關鍵酶，乳酸脫氫酶的活性。研究結果表明中華絨螯蟹能源代謝的關鍵物質主要為蛋白質以及脂類。碳水化合物為其精子代謝主要供能物質，精子代謝方式以厭氧為主。而后王群又探討了河蟹雄性生殖系統(tǒng)發(fā)育過程中生化成分的季節(jié)變化[15]。結果表明，肝胰臟內(nèi)糖脂類物質在性腺快速發(fā)育期以前經(jīng)由血淋巴轉移至精巢與副性腺。精巢對糖脂物質的積累早于副性腺，同時這些物質變化與生殖周期存在顯著相關性。

但鑒于有關河蟹雄性生殖系統(tǒng)生化組成研究是就其整體開展的，而未分別論述各部分的組成成分等。為進一步開展河蟹雄性親本營養(yǎng)學研究及評價，麻楠等[16]就雄性親蟹生殖系統(tǒng)各部分包括精巢、副性腺、生殖管的生化組成、脂肪酸及氨基酸組成等開展了研究，結果表明，中華絨螯蟹雄性親蟹精巢中主要累積碳水化合物、脂肪多不飽和脂肪酸及高度不飽和脂肪酸。副性腺主要累積粗蛋白及大部分氨基酸。

3 生殖影響因素

3.1脂類物質研究表明，動物的繁殖與性成熟親本營養(yǎng)狀況具有顯著相關性[17]。因而探討中華絨螯蟹營養(yǎng)需求對于更好開展其生殖調控、繁育優(yōu)質幼體具有重要意義，因而學者們就此開展了相關研究。Wen等[18]探討了不同脂肪源飼料，包括魚油、豆油、豬油對河蟹繁殖力、孵化率以及卵脂肪酸組成的影響。結果表明投喂魚油飼料組的河蟹具有最高繁殖力與孵化率，同時卵內(nèi)多不飽和脂肪酸含量最高，因而在河蟹繁殖期應提供充足的脂類物質營養(yǎng)。而后劉立鶴等[19]開展了飼料中添加花生油、卵磷脂等不同脂肪源飼料對河蟹繁殖力、血淋巴卵黃蛋白原含量的影響。結果表明卵磷脂也可作為河蟹雌性親本飼料的優(yōu)質脂肪源。

高度不飽和脂肪酸對于河蟹的發(fā)育與生殖具有較為重要的作用，它們是合成卵子正常發(fā)育與增殖所需物質的基礎[20]，同時不同生物對不飽和脂肪酸需要量因物種而異。艾春香等[21]開展了HUFA對河蟹生殖性能的影響研究。研究結果表明，HUFA可有效提高雌蟹性腺中的抗氧化能力，是河蟹維持較優(yōu)的生殖性能的必需營養(yǎng)物質。

Ji等[22]開展了投喂不同餌料包括縊蟶、沙蠶、野雜魚以及人工飼料對河蟹繁殖力、幼體質量以及卵脂肪酸含量的影響研究。結果表明，二十碳五烯酸和高度不飽和脂肪酸對河蟹繁殖極為重要。Gong等[23]開展了脂肪酸結合蛋白在河蟹生殖季節(jié)中的克隆與表達研究，證實了脂肪酸結合蛋白在河蟹精巢快速生長期中的脂類運輸作用，同時也證實了肝、精巢、卵巢以及血淋巴在脂類營養(yǎng)吸收與利用中所發(fā)揮的作用。

3.2維生素維生素是維持機體正常生理機能的營養(yǎng)物質。水溶性維生素C具有良好的抗應激與抗氧化功用，提高生物體性腺指數(shù)，最終有益改善親體的繁殖能力。膠原蛋白是生物體胚胎及個體早期發(fā)育中的關鍵物質，而維生素C是膠原蛋白合成中的輔酶，能夠促進賴氨酸和脯氨酸的羥基化，而這種作用能夠保證膠原蛋白維持未定的螺旋狀三級結構，有益幼體發(fā)育[24]。維生素C通過影響河蟹性激素的合成進而調節(jié)其生殖行為[25]。而河蟹自身無法合成只能依靠外源物質供給[26]。探討維生素C對河蟹生殖的影響可更好指導親蟹生殖期人工飼料的研發(fā)。王群等[15]開展了添加維生素C對雄蟹繁殖的影響研究。研究結果表明，添加應適度。適量添加可促進性腺中維生素C的累積，進而促進精巢發(fā)育。繁殖期內(nèi)，河蟹性腺的抗氧化保護需要要強于肝臟等組織。

維生素E是一種脂溶性維生素，在親本發(fā)育，防止自由基的氧化破壞，進而提高幼體成活率與后代孵化率上具有重要的抗氧化、抗應激功用，同時對于產(chǎn)卵后的親本體質復壯同樣發(fā)揮重要功用[27]。學者們因而又開展了維生素C、E對中華絨螯蟹生殖性能的影響研究[28]。研究結果表明，河蟹飼料中添加適量的維生素C與維生素E，可保護卵子中的脫氧核糖核酸不被破壞，提高受精卵的孵化率，可較好地改善河蟹生殖性能。

3.3色素類胡蘿卜素是一種重要的天然色素，動物自身無法合成，只能依靠外源營養(yǎng)物質供給。類胡蘿卜素是維生素A的前體物質，對胚胎發(fā)育具有較為重要的作用，同時在甲殼動物性腺發(fā)育期，類胡蘿卜素出現(xiàn)富集，可以維護營養(yǎng)物質的貯存同時保護胚胎免受日光照射及氧化作用的影響[29]。劉立鶴等[19]開展了高度不飽和脂肪酸、β-胡蘿卜素、維生素E交互作用對中華絨螯蟹繁殖性能的影響研究。結果表明三者具有顯著的協(xié)同作用，對中華絨螯蟹的卵子質量、生殖性能、非特異性免疫關鍵酶具有積極作用，可提高河蟹生殖性能與非特異性免疫力。

4 生殖調控機制

4.1眼柄外源的營養(yǎng)元素會對河蟹的生殖性能產(chǎn)生影響，同時，其生殖腺發(fā)育還會受到內(nèi)分泌系統(tǒng)與神經(jīng)系統(tǒng)的直接調控。其中的腦、胸神經(jīng)節(jié)以及視神經(jīng)節(jié)均會對河蟹卵巢發(fā)育發(fā)揮調節(jié)功用。視神經(jīng)節(jié)X器官竇腺復合體可以分泌性腺抑制激素與蛻皮抑制激素，前者對卵巢發(fā)育產(chǎn)生直接抑制作用，后者則通過Y器官來間接抑制河蟹卵巢發(fā)育[30]。學者們在探討河蟹眼柄內(nèi)的視神經(jīng)內(nèi)分泌細胞及神經(jīng)肽激素的調控機制中國發(fā)現(xiàn)河蟹眼柄內(nèi)的神經(jīng)肽因子對雌蟹卵巢發(fā)育具有重要的調控功用[31-33]。鑒于此，學者們開展了切除河蟹眼柄來探討其調控功能。研究表明，切除河蟹眼柄可以顯著促進其性腺發(fā)育成熟，具體是由于切除眼柄后，可促使肝胰腺中的B細胞顯著增加，然而F細胞與R細胞數(shù)量則顯著下降，加速營養(yǎng)物向精巢進行轉移，從而使精巢中的氨基酸含量增多，進而為生殖腺的發(fā)育供給營養(yǎng)，促進性腺發(fā)育成熟[34]。

4.2生殖調控基因除此之外，學者們還開展了中華絨螯蟹精巢、卵巢的比較轉錄組分析研究，更廣泛地挖掘中華絨螯蟹繁殖調控相關基因[35-36]。精子發(fā)生包括三個不同時期：精原干細胞有絲分裂，精原細胞減數(shù)分裂以及精子形成。每一時期都將會受到各種內(nèi)源基因的調控[37]。其中Jiang等[36]挖掘出了成熟雄蟹精巢中與生殖調控相關的基因包括熱休克蛋白70、vasa基因編碼蛋白、著絲粒軸基因、抗沉默因子1、Nuf2蛋白、富含絲氨酸重復結構蛋白7、DMC1基因等。熱休克蛋白70在精子發(fā)生不同時期具有不同表達模式，主要調控細胞生長及分化[38]。睪丸增強基因轉錄本是一種保守的細胞死亡抑制因子，在精子發(fā)生中發(fā)揮著重要調節(jié)作用[39]。富含絲氨酸重復結構蛋白7可以調控剪切位點的選擇[40]。DMC1基因可以催化并促進同源染色體重組[41]。Nuf2蛋白則可連接著絲粒至紡錘體[42]。抗沉默因子1具有組氨酸伴侶活性，染色單體可經(jīng)由其連接至新合成的DNA分子[43]。王敏[35]開展的河蟹卵巢生殖相關基因的克隆及表達包括vasa、piwi、nanos及PL10基因。Piwi基因通過與一類和精子發(fā)生相關的microRNA的相互作用來對基因表達進行調控，對于胚胎干細胞的維持、胚胎發(fā)育階段等發(fā)揮調節(jié)作用[44]。Nanos基因對于河蟹原始生殖細胞的形成和遷移是必需的[45]，nanos的缺失將會致使生殖干細胞項生殖腺的遷移失敗[46]。PL10則對精子發(fā)生過程的轉錄與調控發(fā)揮調節(jié)作用。其參與精子的發(fā)生，主要在河蟹的胚胎發(fā)育階段發(fā)揮重要調節(jié)作用。

5 展望

生物的生殖發(fā)育調控機制一直是生命科學領域的研究熱點之一。中華絨螯蟹是我國標志性的經(jīng)濟養(yǎng)殖動物，河蟹養(yǎng)殖業(yè)也已成為我國名特優(yōu)新品種養(yǎng)殖中的支柱性產(chǎn)業(yè)。探討河蟹的生殖發(fā)育及其調控機制對于今后河蟹種質改良，更好地推動中華絨螯蟹產(chǎn)業(yè)發(fā)展具有重要的理論意義及現(xiàn)實意義。縱觀現(xiàn)今開展的河蟹生殖發(fā)育調控研究，多是集中在河蟹親體的營養(yǎng)生理學方面，飼料中脂類、氨基酸物質等的影響方面，也初步開展了河蟹眼柄生殖調控相關基因的分子生物學研究。河蟹生殖調控基因及通路的研究是今后開展河蟹生殖調控、品質提升的必備信息，今后應加大該方面的研究，采用高通量測序等先進技術手段，探討雌雄個體、繁殖期不同階段等的差異調控通路，挖掘關鍵調控通路及基因，為最終揭示中華絨螯蟹生殖調控分子機制，更好的促進我國河蟹養(yǎng)殖業(yè)的發(fā)展貢獻力量。