Möchten Sie Fisch auf dem Markt verkaufen? Dann müssen Sie zunächst einige Grundkenntnisse über die Fischzucht haben

Produziert von: Science Popularization China

Autor: Zhang Ru (Institut für Hydrobiologie, Chinesische Akademie der Wissenschaften)

Hersteller: China Science Expo

China ist ein Land, in dessen Ernährung viel Fisch vorkommt. Fisch ist ein unverzichtbares Gericht auf dem chinesischen Tisch. Kürzlich habe ich gehört, dass viele Leute nach dem Anschauen von „Drive“ auf den Markt gehen wollen, um Fisch zu verkaufen. Wenn Sie das Geheimnis einer stabilen und produktiven Fischvermehrung beherrschen, müssen Sie sich nie wieder Sorgen machen, dass Ihnen der Fisch zum Verkauf ausgeht.

Kürzlich wurde in einer gemeinsamen Forschungsarbeit von Sun Yonghuas Team vom Institut für Hydrobiologie der Chinesischen Akademie der Wissenschaften und Chen Zhenxias Team von der Huazhong Agricultural University das Geheimnis der Fischreproduktion aus der Perspektive der Mitochondrien untersucht.

(Fotoquelle: Veer Gallery)

Die Wassermäuse sind auf dem Schlachtfeld!

Die Chinesen ernähren sich nicht dadurch, dass sie der Natur unbegrenzt Fisch entnehmen, sondern indem sie selbst Fische züchten. China ist das einzige Land mit großem Fischereipotenzial auf der Welt, in dem die Aquakulturproduktion die Fischereiproduktion übersteigt. Die Aquakultur ist zu einem wichtigen Wirtschaftszweig für die Volkswirtschaft und den Lebensunterhalt der Bevölkerung geworden.

Von der Antike bis heute haben die Chinesen vielfältige Anstrengungen und Versuche unternommen, große und stabile Vorräte an Fischereiressourcen zu erhalten. Bereits in der Shang-Dynastie vor über 3.000 Jahren begannen unsere Vorfahren, künstliche Fischzucht zu betreiben. Fan Li, der erste wohlhabende Geschäftsmann Chinas, schrieb das weltweit erste Buch über Fischzucht: „Das Buch der Fischzucht“. Auch in der heutigen Zeit haben chinesische Wissenschaftler viel zur Erforschung der Geheimnisse der Fischzucht und zur Schaffung einer nachhaltigen Aquakultur beigetragen.

Die Erforschung der Fortpflanzungsentwicklung von Fischen in der modernen Biologie verdanken wir einem kleinen tropischen Zierfisch, der in Aquarien heimisch ist: dem Zebrafisch. Dieser kleine Fisch aus tropischen Gewässern hat seinen Namen von den vielen dunkelblauen Streifen auf seinem ganzen Körper, die ihm eine Ähnlichkeit mit einem Zebra verleihen.

Der Zebrafisch ist ein wichtiges Tiermodell für die Erforschung der Entwicklung von Fischen und Wirbeltieren und wird daher auch „kleine weiße Maus des Wassers“ genannt. Dieser kleine Fisch birgt die Geheimnisse der Fischhaltung und -vermehrung.

Zebrafisch vom National Zebrafish Resource Center

(Bildquelle: National Zebrafish Resource Center)

Woher kommen Fische? —— Keimbahnstammzellen

Forschungen am Zebrafisch als Modell haben zahlreiche Keimplasmafaktoren (ein spezielles Zytoplasma mit einer bestimmten morphologischen Struktur, das in tierischen Eizellen aus Proteinen und RNA besteht und als „Keimplasma“ bezeichnet wird) identifiziert, die die Spezialisierung primordialer Keimzellen und die Aufrechterhaltung des Schicksals von Keimstammzellen bestimmen.

Moment, was sind Urkeimzellen und was sind Keimbahnstammzellen?

In den Gonaden erwachsener Tiere gibt es eine einzigartige Gruppe von Zellen, die als Keimbahnstammzellen (GSCs) bezeichnet werden. Die Ausgangszellen von Spermien und Eizellen heißen Spermatogoniale Stammzellen (SSC) bzw. Oogoniale Stammzellen (OSC). Beide entstehen im Embryonalstadium aus den Urkeimzellen (PGC).

Primordiale Keimzellen sind die erste Gruppe von Keimstammzellen, die während der frühen Embryonalentwicklung entstehen, und werden daher auch Keimvorläuferzellen genannt. Keimzellen mit Stammzelleigenschaften im Embryonalstadium und im Erwachsenenalter werden zusammenfassend als Keimbahnstamm- und -vorläuferzellen (GSPC) bezeichnet.

Keimzellentwicklung bei Fischen

(Bildquelle: Autor)

Wie kommen die Fische? ——Erhaltung und Differenzierung des Schicksals von Keimbahnstammzellen

Als einzige Träger und Verbreiter genetischer Informationen eines Individuums an zukünftige Generationen haben reproduktive Stammzellen die wichtige Aufgabe, das Leben in der biologischen Welt fortzuführen. Die Spezialisierung, Migration und Schicksalserhaltung von Keimbahn-Stammzellen werden umfassend durch mehrere Gene und Signalwege reguliert. Die gerichtete Differenzierung von Keimbahn-Stammvorläuferzellen erfordert zwei Entscheidungen:

Die erste ist die Entscheidung zur Selbsterneuerung oder Differenzierung. Reproduktive Stammzellen, die sich selbst erneuern, treten in die Mitose ein und produzieren kontinuierlich neue Stammzellen. Wenn sie sich für eine Differenzierung entscheiden, treten reproduktive Stammzellen in die Meiose ein und differenzieren sich in ihre endgültige Form (das heißt, in reproduktive Zellen wie Spermien und Eizellen, die von Generation zu Generation weitergegeben werden können).

Die zweite Entscheidung besteht darin, ob sich eine Keimbahn-Vorläuferzelle, die in die Meiose eintritt, zu einer Eizelle oder einem Spermium entwickelt.

Bei der Selbsterneuerung und Differenzierung der reproduktiven Stammzellen muss ein dynamisches Gleichgewicht erreicht werden, um kontinuierlich Spermien und Eizellen zu produzieren und so die Fortpflanzung und den Fortbestand der Art zu ermöglichen.

Selbsterneuerung und Differenzierung von Keimbahn-Stammvorläuferzellen

Wenn die Selbsterneuerung von Keimbahnstammzellen verstärkt, die Differenzierung jedoch geschwächt wird, führt dies zu Keimzelltumoren (SEMINOM). Wenn die Selbsterneuerung reduziert ist, die Differenzierung jedoch verstärkt wird, führt dies zur Erschöpfung der spermatogonialen Stammzellen (SPERMATOGENESE-DEPLETION).

(Bildquelle: Xie et al., Biomolecules, 2020)

Aktives mitochondriales Netzwerk liefert die „Kraft“ für Stammzellentscheidungen

Mitochondrien sind als „Kraftwerke“ der Zellen bekannt. Sie produzieren durch aerobe Atmung und oxidative Phosphorylierung ATP, um Energie für Zellaktivitäten bereitzustellen. Gleichzeitig sind Mitochondrien hochdynamische Organellen, die ständig dynamischen Veränderungen bei Fusion und Spaltung unterliegen, was als mitochondriale Dynamik bezeichnet wird.

Einfach ausgedrückt können sich die Mitochondrien einer Zelle in mehrere Mitochondrien aufspalten oder zu einem Mitochondrium verschmelzen. Das dynamische Gleichgewicht der mitochondrialen Fusion und Spaltung ist einer der wichtigsten Wege der mitochondrialen Qualitätskontrolle und ist für ihre Selbsterneuerung und Funktion von wesentlicher Bedeutung.

In verschiedenen Entwicklungsstadien der Keimzellen unterscheiden sich Anzahl, Größe und morphologische Verteilung der Mitochondrien, und die Regulierung der Fortpflanzungsfunktion durch die mitochondriale Dynamik hat zunehmende Aufmerksamkeit erfahren.

Mitochondriale Spaltung (links) und Fusion (rechts). Der grüne Teil sind die Mitochondrien und der violette Teil ist das endoplasmatische Retikulum.

(Bildquelle: https://www.cell.com/cell/fulltext/S0092-8674(18)31308-4)

(GIF)

Pld6: ein Stabilisator der mitochondrialen Dynamik in Keimbahn-Vorläuferzellen von Fischen

Die „Kraft“, die die Mitochondrien für die Zellentwicklung bereitstellen, muss unerschöpflich, aber nicht übermäßig sein. Was steuert also die Funktion der Mitochondrien?

Forscher vom Institut für Hydrobiologie der Chinesischen Akademie der Wissenschaften verwendeten Zebrafische als Forschungsmodell und entdeckten in den reproduktiven Stammzellen der Fische ein besonderes Gen: Pld6, das die mitochondriale Fusion und die mitochondriale Dynamik steuern kann.

Wie funktioniert Pld6?

Einfach ausgedrückt fungiert Pld6 in den reproduktiven Stammvorläuferzellen von Fischen wie ein „Stabilisator“, der die geordnete Ausgabe der hochdynamischen Mitochondrien, der „Energiepumpe“ in den Zellen, kontrolliert und so das Gleichgewicht und die Stabilität der Selbsterneuerung und Differenzierung der reproduktiven Stammvorläuferzellen reguliert.

Der mitochondriale Fusionsregulator pld6 wird spezifisch in der Keimzelllinie exprimiert

Eierstock: Eierstock; Hoden: Hoden

(Bildquelle: vom Autor bereitgestellt)

Wenn Sie immer noch das Gefühl haben, dass Ihnen Pld6 unbekannt ist, können Sie einen Blick auf das folgende Bild werfen:

Rückseite von Advanced Science Vol. 9 Nr. 36: Yu der Große kontrolliert Überschwemmungen

(Bildquelle: Entworfen von Dr. Zhang Ru und Forscher Sun Yonghua, erstellt von Bangtu)

So wie das von den Forschern gezeichnete Bild „Yu der Große kontrolliert die Überschwemmungen“ sehr chinesisch ist, stellt es anschaulich die wissenschaftliche Geschichte der Pld6-vermittelten mitochondrialen Fusion und der mitochondrialen dynamischen Regulierung der Homöostase der Entwicklung von Fischkeimzelllinien und der Artenreproduktion dar.

Der endlose Kreislauf des Lebens ist wie der endlose Fluss des Mutterflusses, und die Erneuerung und Differenzierung der Keimzellen ist wie „das Wasser des Gelben Flusses, das vom Himmel kommt, zum Meer strömt und nie zurückkehrt“; Die Keimzellen „leben von Generation zu Generation weiter“, vermehren sich jedoch nicht, genau wie eine Flut, die den Fluss entlang zum Meer rauscht.

Auf diesem Bild hält Dayu einen Pflug, um die Flut unter Kontrolle zu bringen. Es soll symbolisieren, dass der mitochondriale Fusionsfaktor Pld6 das Gleichgewicht zwischen der Selbsterneuerung und Differenzierung der reproduktiven Stammzellen kontrolliert und sicherstellt und so den Mutterfluss erschafft, der sich über Tausende von Kilometern erstreckt, endlos rauscht und unzählige Leben hervorbringt.

Abschluss

Die Fischzucht ist eng mit unserem Leben verbunden und stellt auch für die Fischereiwirtschaft ein zentrales Anliegen dar. Obwohl es viele Fischarten gibt, besteht ein gravierender Mangel an hochwertigen Arten, die im großen Maßstab künstlich gezüchtet werden können. Ein tieferes Verständnis der Mechanismen der Fortpflanzungsregulierung bei Fischen kann nicht nur dazu beitragen, die Fortpflanzung bestehender Fische zu fördern, sondern auch für die Züchtung neuer Zuchtarten von Nutzen sein.

Ich bin davon überzeugt, dass in naher Zukunft mehr Fisch in besserer Qualität und zu günstigeren Preisen auf den Tischen Tausender chinesischer Haushalte landen wird.

Herausgeber: Guo Yaxin

Anmerkung 1: Der relevante Inhalt dieses Artikels wurde offiziell in Advanced Science als Artikel auf der Rückseite mit dem Titel „Ein keimbahnspezifischer Regulator der mitochondrialen Fusion ist für die Erhaltung und Differenzierung von Keimbahnstamm- und -vorläuferzellen erforderlich“ veröffentlicht.

Hinweis 2: Lateinischer Text sollte kursiv gedruckt sein.