光對水母卵細胞產生和釋放的分子機制確定 | 前沿

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撰文 | 梅 寶

責編 | 陳曉雪

知識分子為更好的智趣生活 ID：The-Intellectual

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對於海洋生物來講，想要在巨大的海洋中產卵，時機非常重要。釋放配子（即生殖細胞）的時候，如果沒有及時地遇到它的另一半，那麼配子就漂流走了。黎明時日照量的增加使雄性和雌性同時向水中釋放精子和卵細胞，從而增加了受精的機會。對於雌性水母來講，當照射在卵母細胞（即未來的卵細胞）上的光亮增加時，會刺激形成卵細胞的最後步驟。在這個過程中，水母細胞是如何感知到日照中光的信號並做出反應的分子機制，還一直是未解之謎。

?左圖是沒有光刺激的卵巢，裡面含有靜止的卵母細胞，箭頭所指的是卵母細胞的細胞核。右圖是光刺激90分鐘後，光使得核膜破裂，然後釋放出成熟的卵細胞。Credit: Evelyn Houliston

今年1月，來自法國、日本、德國和英國的聯合研究團隊確認了在一種水母（Clytia hemisphaerica）中感光的光受體（Quiroga et al，2018）。這個蛋白質屬於視蛋白家族（Opsin），視蛋白家族在整個動物世界的光信號感知反應中都起到了一定作用。

視蛋白基因之前在其他水母物種里是確定了的，2008年，瑞士巴塞爾大學的研究者在生殖腺中檢測到了視蛋白基因的表達，因此猜測視蛋白基因和生殖有關（Suga et al., 2008）。而之前的研究表明，接受光信號的位置是在卵母細胞相鄰的細胞，而非卵母細胞本身 （Freeman, 1987）。

結合這些信息，當對這一位置的基因表達情況進行細緻分析時，本次研究的學者發現，一種視蛋白 （Opsin9）在卵巢最外面一層的星形細胞中表達量很高。接著，他們通過CRISPR/Cas 9的技術，編輯了Clytia hemisphaerica的基因組，產生了缺少Opsin9的水母，而此水母在應對光時，不能釋放卵細胞，因而確認Opsin9是其光受體。

?左邊這張圖是卵巢最外一層的星形細胞，其中綠色標記的是視蛋白以及多肽。右邊是放大後的星形細胞，粉紅色標記的是星形細胞特有的細胞骨架，周圍細胞的細胞核標記的是藍色。Credit: Evelyn Houliston

2017年，來自日本的Noriyo Takeda等人發現，表達Opsin9的基因產生了短多肽，作用於卵母細胞的成熟和排卵（Takeda et al., 2017）。在缺少Opsin9的水母中，並沒有這樣的短多肽，這解釋了為什麼這些動物沒有排卵。這些多肽產生的細節以及多肽為何能作用卵母細胞成熟和排卵，這些目前都未可知，等待著更多的發現。

接下來，檢測和比較與短多肽相關的視蛋白家族的其他蛋白是否調控其他海洋動物的生殖過程，將是這一研究團隊的重點。這將提高水族館飼養海洋動物所帶來的實際效益。其更廣泛的意義在於，通過比較動物界中視蛋白的分子作用機制，可以幫助解釋動物王國中有性生殖的進化過程。

參考文獻：

1. Freeman G. 1987. The role of oocyte maturation inthe ontogeny of the fertilization site in the hydrozoan Hydractinia echinata. Roux』s Archives of Developmental Biology 196:83–92.

2. Takeda N, Kon Y, Artigas GQ, Lape′ bie P, Barreau C, Koizumi O, Kishimoto T, Tachibana K, Houliston E, Deguchi R. 2017. Identification of jellyfish neuropeptides that act directly as oocyte maturation inducing hormones. Development:dev.156786.

3. Quiroga Artigas G, Lape′ bie P, Lecle` re L, Takeda N, Deguchi R, Je′ kely G, Momose T, Houliston E. 2018. A gonad-expressed opsin mediates light-induced spawning in the jellyfish Clytia. eLife 7:29555.

4. H Suga，V Schmid，WJ Gehring.2008. Evolution and functional diversity of jellyfish opsins. Current Biology 18:51–55.

5. Jaffe. eLife 2018;7:e34258. DOI: https://doi.org/10.7554/eLife.34258

製版編輯：黃玉瑩 |

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