專題報導

國立臺灣海洋大學水產養殖系張清風老師研究室

水生動物生殖生理暨內分泌實驗室 (Reproductive Physiology and Endocrinology in Aquatic Animals Laboratory)

揭開珊瑚生殖細胞發育與繁殖之謎

識名信也博士、張清風教授

國立臺灣海洋大學水產養殖學系

國立臺灣海洋大學海洋生物科技及環境生態中心

有著海洋生物樂園與海洋熱帶雨林之稱的「珊瑚礁」是由許多珊瑚蟲經年累月的生長，逐漸累積碳酸鈣骨骼所形成的，而珊瑚的生殖行為一直以來是許多科學家急欲解開的謎團，但到目前為止尚未能清楚了解其中的奧妙。

在脊椎動物，腦是神經系統的控制中心，經由複雜的聯繫來處理及傳遞訊息，而卵巢與精巢則是產生生殖細胞和分泌性激素的器官。而身體受到外界的刺激與體內賀爾蒙的分泌，經腦與腦下垂體的統合調控以及精巢或卵巢相互作用，調控著生殖細胞的發育，但在演化上屬於較為原始且不具有真正器官的珊瑚則是藉由什麼來調控生殖細胞的發育呢？在珊瑚體內是怎樣開啟生殖細胞發育的第一步以及如何控制每一個階段的發育直到生殖細胞的成熟呢？

我們長期致力於揭開珊瑚生殖的神祕面紗，在珊瑚礁生殖過程，於茫茫大海當中，想要遇到命中註定的另一半通常不是那麼容易，尤其大海是個危機四伏的環境，受精卵或幼體常常成為別人口中的佳餚，所以想要延續種族的繁衍相當不易。因此為了有效提高生殖的成功機率，珊瑚透過集體排放，數以萬計的精子與卵子到大海中進行受精，經由海水的漂流將成功受精的受精卵帶到適合生長的環境附著後發育成珊瑚幼苗，然後逐漸的成長成今日我們所見到的珊瑚。我們不禁會問，究竟珊瑚們是怎樣開始啟動生殖細胞的發育，怎麼會知道該是時候要開始排放精子或卵子到大海當中呢？在牠們之間是不是有著什麼特殊的溝通方式來聯絡彼此呢？

在珊瑚生殖研究的第一步，我們利用組織切片及組織免疫染色的方法觀察珊瑚身體組織的構造，試圖清楚地瞭解珊瑚體內生殖細胞的特性。首先為了分辨珊瑚體內眾多細胞中的生殖細胞，我們選殖在生殖細胞發育的具有指標性的基因(marker gene)作為研究的利器之一。在許多脊椎動物與無脊椎動物的研究中，使用vasa 基因當作生殖細胞的指標基因，因為vasa 基因在脊椎動物與無脊椎動物的生殖細胞發育的過程當中扮演重要的角色，因此我們將研究的重點放在 vasa基因。目前在世界上，我們是第一個成功的選殖珊瑚vasa基因，並且成功製備抗體，確認了在珊瑚的生殖細胞有vasa基因的表現，也發現在早期的生殖細胞會有強烈的vasa基因的表現。此外，我們也找到生殖細胞生成的特定位置，並首先發現在一整年的生殖週期中，珊瑚體內一直都有早期生殖細胞的存在，在接獲特定的信息刺激後，早期生殖細胞會依序往前發育，這在未具有真正生殖器官的珊瑚是非常不容易的發現。這些重大的發現對於瞭解珊瑚的生殖機制及如何啟動生殖細胞的發育是非常重要的。

另外, 本團隊過去曾從珊瑚體內分離出與生殖有關的「荷爾蒙」，包括雌性荷爾蒙雌二醇與雄性荷爾蒙睪固酮。接下來的研究發現，在一整年中，珊瑚體內的雌性荷爾蒙濃度，會隨著生殖季節的到來而增加6倍之多。更有趣的，首次發現珊瑚具有雌性荷爾蒙的衍生物（醣基化雌性荷爾蒙），且隨著生殖季節的來臨，珊瑚之醣基化雌性荷爾蒙濃度急遽增加50～100倍之多，並隨著珊瑚大量產卵，醣基化雌性荷爾蒙釋放至周遭海水。此項發現令我們猜測醣基化雌性荷爾蒙有可能擔任連絡珊瑚產卵的信息。另外並發現珊瑚具有「促性腺激素釋放素」，其濃度隨著生殖季節而增加10倍之多。由這些發現，本團隊大膽推測珊瑚的生殖週期與體內的內在因子有關，我們最近甚至以「促性腺激素釋放素」可以促進珊瑚生殖細胞的成長。也就是說，珊瑚的生殖可能受到本身的內分泌物質調控。根據以上發現，顯示珊瑚的生殖內分泌系統具有相當的完整性，並且與生殖有密切關係，這是非常有趣而重要的。

總而言之，過去本團隊在國科會、教育部及國立臺灣海洋大學的支持下，我們在全球上首先找到了一個可以分辨珊瑚體內早期生殖細胞與體細胞的基因，並成功製備抗體，且不管在非繁殖季節與繁殖季節，皆可發現早期生殖細胞及確定發育的位置，更進一步瞭解生殖細胞發育的特性與過程。本項重大的發現，已於今（2012年）年7月27日發表在重要國際期刊PLoS One，過去成果亦發表於Endocrinology（內分泌期刊，2006）與Biology of Reproduction（生殖生物期刊，2003）等。在未來的研究，我們將尋找哪些賀爾蒙或因子是與生殖細胞發育成熟有關，未來，或許在培育珊瑚的過程中可以利用添加賀爾蒙的方式，刺激珊瑚生殖細胞的發育或是增加精卵排放次數，進而增加珊瑚幼苗數量。本項的研究發現對於調控珊瑚的生殖及進行珊瑚的復育，將是十分的重要，我們認為未來人工繁殖珊瑚將不再是個遙不可及的夢。

中央通訊社 http://www.cna.com.tw/postwrite/P5/111400.aspx

中央廣播電台 http://news.rti.org.tw/index_newsContent.aspx?nid=374363&id=3&id2=1

台灣新浪網 http://news.sina.com.tw/article/20120829/7735468.html http://news.sina.com.tw/article/20120829/7737218.html

國立教育廣播電臺 http://www.ner.gov.tw/index.php?act=culnews&code=view&ids=139778

新網新聞網 http://newnet.tw/Newsletter/Comment.aspx?Iinfo=5&iNumber=4765

新頭殼 http://newtalk.tw/news_read.php?oid=28806

聯合新聞網 http://udn.com/NEWS/NATIONAL/NAT5/7328842.shtml

http://udn.com/NEWS/BREAKINGNEWS/BREAKINGNEWS9/7328656.shtml

http://udn.com/NEWS/BREAKINGNEWS/BREAKINGNEWS1/7328211.shtml