水生低酸素が東洋川エビの精巣発達に及ぼす影響。世代を超えた研究

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Environ. Pollut..2020 Jun;266(Pt 3):115093. S0269-7491(20)31645-6. doi: 10.1016/j.envpol.2020.115093.Epub 2020-06-29.

水生低酸素が東洋川エビの精巣発達に及ぼす影響。世代を超えた研究

Aquatic hypoxia disturbs oriental river prawn (Macrobrachium nipponense) testicular development: A cross-generational study.

Shengming Sun
Yinxiang Chen
Ran Hu

PMID: 32622004 DOI: 10.1016/j.envpol.2020.115093.

抄録

最近、低酸素が内分泌系を混乱させ、エビの代謝異常を引き起こすことを報告した。脊椎動物では低酸素による世代を超えた障害効果が話題になっているが、低酸素が精巣機能を持つ甲殻類に世代を超えた影響を及ぼすかどうかは不明である。本研究では、低酸素の精巣機能への影響を調べることを目的として、低酸素の精巣機能に及ぼす毒性を調べた。低酸素は精巣生殖細胞の質を乱し、性ホルモンのアンバランス（テストステロンとエストラジオール）を引き起こし、精巣の発達を遅らせた。低酸素にさらされたオスのエビに由来するF1世代は、低酸素にさらされていないにもかかわらず、遅れた胚発生を示し、孵化の成功と幼虫の発達を減少させた。F0世代（低酸素に曝露された）のトランスクリプトームを解析したところ、精巣機能の低下は、ミトコンドリアの酸化的リン酸化、アポトーシス、ステロイド生合成の変化と関連していることが示された。興味深いことに、定量的リアルタイムPCRにより、低酸素曝露が継続的な低酸素曝露の有無にかかわらず、F1世代の精巣における抗酸化遺伝子および生殖腺発達関連遺伝子の発現を有意に抑制できることが確認された。さらに、父性の低酸素曝露は、低酸素曝露なしの場合と比較して、子孫の精巣組織における活性酸素種の産生量を増加させる可能性があった。精巣機能の世代を超えた影響は、天然の淡水エビ個体群の持続可能性が慢性的な低酸素によって脅かされることを示唆している。

Recently, we reported that hypoxia disrupts the endocrine system and causes metabolic abnormalities in prawns. Although transgenerational impairment effects of hypoxia have become a hot topic in vertebrate, it is unknown whether hypoxia could exert cross-generational effects on testicular function crustaceans. The present study aimed to investigate hypoxia's toxic effects on the testicular function of oriental river prawns (Macrobrachium nipponense) and offspring development. Hypoxia disrupted testicular germ cells quality, caused sex hormone imbalance (testosterone and estradiol), and delayed testicular development. The F1 generation derived from male prawns exposed to hypoxia showed retarded embryonic development, and reduced hatching success and larval development, despite not being exposed to hypoxia. Analysis of the transcriptome the F0 generation (exposed to hypoxia) showed that the impaired testicular functions were associated with changes to mitochondrial oxidative phosphorylation, apoptosis, and steroid biosynthesis. Interestingly, quantitative real-time PCR confirmed that hypoxia could significantly suppress the expression of antioxidant and gonad development-related genes in the testis of the F1 generations, with and without continued hypoxia exposures. In addition, paternal exposure to hypoxia could result in a higher production of reactive oxygen species in offspring testis tissue compared with those without hypoxia exposure. The cross-generational effects of testicular function implied that the sustainability of natural freshwater prawn populations would be threatened by chronic hypoxia.