雌核发育因其获得后代遗传物质单一(由母本控制),是一种重要的鱼类育种方式。普通二倍体鱼产生单倍体卵子,直接进行雌核发育,不可存活,需通过物理、化学方法使染色体加倍。本实验室通过远缘杂交获得的异源四倍体鲫鲤产生的二倍体卵子,可直接进行雌核发育,获得二倍体子代,该子代可产生不减数的二倍体配子,再进行雌核发育时,孵化率更高。以上发育现象表明,二倍体卵子(尤其是雌核发育来源)在单性生殖时具有明显的发育优势。但是关于该发育优势的分子机制,尚无相关研究。鱼类受精卵经10次分裂后,即1K细胞期,发生囊胚中期转换,由母源性调控转为合子型调控。现有研究表明,卵子所储备的母源性物质,不仅满足胚胎发育早期分裂的需要,同时也可以改变染色体的修饰状态,调控合子基因的激活表达。因此,我们对单倍体卵子和两种来源的二倍体卵子进行了转录组分析来比较其物质储备的差异。同时,我们选取1K细胞期为时间节点,对自交产生的二倍体胚胎、雌核发育的单倍体胚胎和二倍体胚胎进行组蛋白后修饰的分析和转录组分析来初步揭示二倍体卵子发育优势的分子机制。通过研究获得如下主要结果:(1)二倍体/单倍体卵子的转录组对比分析显示,在二倍体卵子中1,212个基因表达上调,672个下调,主要集中在核糖体、氧化磷酸化等信号通路。说明二倍体比单倍体卵子的母源物质储备更为丰富,为后续胚胎的发育提供了优势。1K细胞期胚胎的转录组对比分析表明,在两种来源的二倍体胚胎中72个基因均表达下调,31个基因上调。上调基因的功能主要集中为锌指蛋白、转录因子等,调控下游基因表达。(2)对比单倍体/二倍体1K细胞期胚胎的组蛋白后修饰,发现H3K27ac和H3K27me3在单倍体胚胎中的修饰水平低于二倍体胚胎。这两种组蛋白后修饰水平的变化可能跟单倍体胚胎的基因表达异常有关。(3)两种来源的二倍体卵子转录组分析比较,发现雌核发育来源的二倍体卵子,相较于有性生殖来源,有58个基因下调,44个基因上调。在1K细胞期,对两者胚胎的转录组进行比对分析,其中在雌核发育来源二倍体卵子形成的胚胎中上调基因为925个,下调为681个。持续检测基因表达至原肠期发现,两种二倍体胚胎的基因表达存在明显差异。差异基因富集通路主要有细胞周期、FoxO信号通路等,说明母源基因的差异表达在胚胎发育过程中起着非常重要的作用。(4)在1K细胞期,对比雌核发育来源和有性生殖来源产生的二倍体卵子的雌核发育胚胎组蛋白后修饰水平,发现H3K27ac在前者中修饰水平高于后者,H3K27me3的修饰水平变化相反。说明H3K27ac调控的基因表达可能跟雌核发育来源二倍体卵子的发育优势相关。综上所述,本研究揭示了母源因子及组蛋白修饰对胚胎发育调节的重要作用,初步阐释了二倍体卵子单性生殖发育优势的分子机制,在发育生物学的理论研究中具有重要意义,同时也在一定程度上为鱼类遗传育种提供理论指导。