动物克隆研究进展 枝角类动物繁殖研究进展

枝角类动物繁殖研究进展

枝角类是一类重要的水生经济动物。它具有较高的蛋白 质含量(占干重的40%一60%)，还含有水产经济动物鱼、虾、 蟹等生长发育所必需的氨基酸、维生素及钙质，是水产业十 分理想的活体饵料，其产量与渔业生产关系密切。随着我国 水产养殖及苗种生产的不断发展，枝角类的需求量越来越大， 生产上要求对枝角类进行大规模人工培养，并能在不同季节 保障供给。’因此，深入研究枝角类的生殖生物学，弄清其 生殖方式转化的规律和机理，不仅对水生经济动物鱼、虾、 蟹等的规模化养殖和育苗，推动渔业生产的发展具有重要的 现实意义，而且对研究动物生殖发育的模式、实现动物生殖 发育的人为调控具有重要的理论意义。

枝角类的生殖方式十分特殊，具有两种生殖模式:孤雌 生殖(单性生殖)和两性生殖(有性生殖)。通常在外界条件比 较适宜时行孤雌生殖，雌体(孤雌搔)所广卯于不经受精而直 接发育成子代;而受温度改变、食物匾乏、种群密度过大等 环境因素胁迫时，雄体出现，生殖方式即转变为两性生殖。枝角类这种生殖方式随环境条件的不同而相互交替进行，是 对外界环境的一种适应，也是其在漫长的生物演化过程中形 成的生态对策。孤雌生殖有助于枝角类种群的迅速发展，有 性生殖形成的休眠卵(受精卵)能确保枝角类渡过恶劣环境 条件，维持种群的存在与延续。本文对枝角类动物的生殖生 物学研究进展作一综述。

1关于枝角类动物生殖细胞的发生 对枝角类的研究始于18世纪初，内容涉及形态学、种群 生态学、种质遗传学、环境毒理学和生殖生物学等方面i’， “了，其中枝角类的生殖生物学一直是关注的热点。这方面 的研究内容包括隆线搔(刀哪〕hn记cari-nata)生殖系统结 构和生殖细胞发生的描述〔3，4〕，各种生态因子如温度、 食物、光照对隆线搔、微齿喜马拉雅低额搔(SIInocePhaloh~ 坛尸。is)及大型搔(刀即hn必mag、)生殖力和生殖量的影响 〔5，e]，隆线搔、大型搔的两性雌搔(行有性生殖雌体)休 眠卵显微和亚显微结构的观察等。

然而，对枝角类在不同生殖状态下生殖细胞发生和成熟 分裂过程至今还存在争议。蒋燮治等提出孤雌搔卵子的成熟 只经历一次均等分裂，染色体未曾减半;两性雌搔的卵子的 发育则经历两次正常的成熟分裂，育成的卵子是单倍体川。

但Bacci等认为蚤状搔(刀叩h瓜ap以ex)孤雌搔的卵子的形 成要经历两次成熟分裂，而非蒋燮治等描述的只有一次分裂， 且认为第一次分裂为“核内减数分裂”，同源染色体配对，但细胞没有分裂，也未释放出第一极体，因此孤雌搔卵仍为 二倍体[“]。z‘:ag币ni等对意大利湖泊的蚤状搔和及切h-n 记。记山耐。亦ana的研究则发现，蚤状搔孤雌搔的卵子的 形成只经历一次均等分裂，释放出一个极体;两性雌搔的卵 子的发育则要经历两次减数分裂，释放出两个极体，染色体 数目减半。而Daphnia而ddendori五ana两种卵子的成熟都只 经历一次均等分裂，释放出一个极体，育成的卵子最后均为 二倍体，两性雌搔的卵子不需要受精就能正常发育川。

对枝角类不同种类卵子发育过程中的成熟分裂方式引 起争议的原因可能是由于早期研究方法和技术的限制，如大 多学者主要从外部形态观察生殖细胞的成熟分裂，而不是通 过连续组织学切片标本和染色体标本来进行研究，导致无法 清晰地观察到卵子分裂过程中的染色体变化情况等，加之枝 角类个体较小，难以把握生殖细胞发育分裂的确切时间，故 未对某一种枝角类的生殖发育规律进行系统、深人的研究， 这在一定程度上影响了枝角类生殖方式转化原因的深人探 索。但这方面的工作恰恰是研究枝角类生殖生物学的基础， 也是进一步研究枝角类生殖转化机理的前提。

2关于枝角类动物的生殖转化机理 对枝角类生殖转化机理的探讨，早期的研究大多集中在 外界环境因子对枝角类生殖方式转变的诱导现象，如研究发 现温度、食物、光照周期等非生物因子和种群密度、代谢产 物及捕食等生物因子的改变均会诱发两性雌体的产生，且能够增加子代幼搔中雄性的比例。多年的研究已经证明了枝角 类生殖转化与环境因子变化密切相关，但有时环境条件的改 变并不会导致枝角类生殖方式的转变或者环境条件良好的 状况下仍有雄体和两性雌体出现[lo:。于是有学者认为枝角 类进行有性生殖主要是由内部因素决定，环境变化在一定程 度上仅起诱导作用。支持这种观点的曹文清等认为，蒙古裸 腹搔(Moinamongolica)孤雌生殖的个体本身就存在着隐性 基因，有向其中任一性别转化的潜能，环境起着诱导作用 〔川;王金秋也提出枝角类的两性生殖，并非只在环境恶化 时才出现，而是一种生存对策，在种群基因库中，同时存在 着控制雄性个体和雌性个体发生的基因，环境良好时，控制 雌体和雄体发生的基因频率极低，反之则高[’”〕。可见， 枝角类生殖方式转变是一个复杂的过程，由于研究极少，其 发生的原因至今未有确切定论。

近年来，许多学者对枝角类的研究已由宏观转向微观， 试图从细胞、分子水平上解释枝角类生殖转化的机理。对枝 角类基因的研究主要集中在核糖体DNA和线粒体DNA等方 面:Crease等对蚤状搔核糖体DNA和线粒体DNA进行了序列测 定和结构分析〔’2从Ender等对搔属微卫星DNA的位置进行 了描述[’3〕;Sullend-er则将一Pokey片段插人28SbrRNA编 码基因的位点上，尝试启动或改变枝角类的生殖状态，但发 现枝角类的生殖转化不受核糖体基因改变的影响t’4〕。值 得关注的是近年科学技术的进步，为深入研究枝角类生殖转化机理提供了新的思路。如张明凤等用蛋白质组学技术研究 了隆线搔不同生殖状态下的蛋白质表达差异，发现隆线搔孤 雌搔和两性搔有18个显著的蛋白质差异点，并证实其中一个 差异点为类酸脱氢酶，与生殖转化相关[’5卜watan己祀等 于2005年构建了大型搔cDNA文库，并从中随机挑选72ro条基 因表达序列标签(EST)，序列聚类拼接后得到2958条非冗余 序列。

经同源性比对得到1218条惟一序列 (uniquese-quences)与已知基因有较高同源性(其中，与ATP 合成、功能蛋白及蛋白酶相关的基因表达量尤其高)，这一 结果为后续深人研究枝角类生物学功能、生态和基因组之间 的关系有重大帮助〔’6从之后，Yasuhik。等从大型搔的。

DNA文库中克隆表达了与生殖转化相关的DM一domain基因〔’ 7];xu等构建了隆线搔孤雌搔。n-NA文库，并通过不同环境 因子的影响，研究了环境感应蛋白Chemonsensory基因的表 达差异等〔’“」。虽然以上这些工作未能真正探明枝角类 生殖转化的机理，但为深人研究枝角类的生殖生物学，即从 宏观转向微观，从细胞、分子水平上探索枝角类的生命本质 打下了一定的基础。