鱼类生殖方式多种多样，包括卵生、卵胎生和胎生等。海马是我国重要的特色经济养殖鱼种，极具有药用价值和观赏价值。海马具有独特的雄性抚育后代的繁殖策略，雌性将卵子产入雄性的育儿袋中受精，并在育儿袋中完成胚胎发育和孵化。近年来，中国科学院海洋研究所李军课题组团队系统揭示了膨腹海马交配、受精和妊娠的规律，实现了膨腹海马在北方地区全周年人工繁育技术的突破，仔鱼15日龄存活率可达90%以上，并进一步阐明育儿袋的发生、发育和成熟过程及其相关的信号调控通路。相关成果发表在中国科学院1区TOP期刊International Journal of Biological Macromolecules。

该成果首次揭示了海马育儿袋起源于雄性腹部真皮层。捧腹海马进入青春期后雄性海马腹部真皮层逐渐增厚形成育儿袋的原基，其主要由成纤维细胞和少量的胶原纤维构成。育儿袋原基在发育过程中真皮层两侧延形成两个突起，随后两侧的突起逐渐向腹中线延伸并融合形成一个囊状结构，即为育儿袋的雏形。育儿袋在发育和成熟过程中，真皮层进一步增厚，内部结缔组织发达，成纤维细胞和内皮细胞大量增殖并且显著血管化，形成类胎盘样的组织供给子代进行营养和代谢物质的交换，至此育儿袋发育完成。在繁殖期，雌海马将成熟的卵子排入雄性的育儿袋，卵子在育儿袋内与精子结合、受精，胚胎在育儿袋内经过35-42天的孵化分娩产出，海马这种育儿袋内哺育子代的繁殖方式可显著提高海马仔鱼的存活率。

通过转录组和体外验证实验进一步揭示了雄性海马育儿袋的来源。青春期后在雄激素的作用下，育儿袋的形成和成熟是由多种信号通路共同调控完成，包括MAPK、Rap1、TGFβ和Wnt信号通路，以及tgfb3、fgf2、wnt7a、pgf、mycn、tln2、jund等关键的基因的表达变化，如MAPK信号通路，生长因子FGF2和受体结合，胞质中丝裂原活化蛋白激酶等多种激酶，最终通过上调转录因子JUND促进类胎盘组织内大量胶原蛋白的分泌；Rap1信号通路则上调tln2（细胞黏附和迁移相关蛋白基因），促进血管内皮细胞的迁移和黏附，导致类胎盘组织的高度折叠和血管化；而TGFβ3和WNT7A，则显著上调mycn和ccn4基因的表达，促进成纤维细胞和内皮细胞的大量增殖。因此在繁殖期的雄性海马，育儿袋内类胎盘组织中细胞外基质大量分泌，并且快速细胞迁移和增殖，以及结缔组织的高度折叠和血管化最终构建了适宜于胚胎发育的育儿袋结构，为胚胎的孵化提供最适宜的场所。

该结果为揭示地球上唯一雄性抚育后代的动物海马的繁殖机制提供了新的见解。中国科学院海洋研究所为论文第一完成单位，研究生张艺超为第一作者，刘清华、李军研究员为共同通讯作者。该研究得到了国家重点研发计划、山东省重点研发计划、山东省重点基金等项目联合资助。

相关论文：Yichao Zhang，Xuehui Shi，Meilun Shi，JunLi，Qinghua Liu. Androgens and androgen receptor directly induce the thickening, folding, and vascularization of the seahorse abdominal dermal layer into a placenta-like structure responsible for male pregnancy via multiple signaling pathways. International Journal of Biological Macromolecules 279 (2024) 135039

论文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0141813024058458