峨眉林蛙蝌蚪肝脏脂肪含量影响个体生长和种群内个体大小差异的生理代谢机制

Within-cohort size variation plays an important role in population stability, extinction risk and evolutionary processes. However, our knowledge of the physiological and metabolic mechanisms that underlie the development of size-variation is limited. Large variation in size can be observed in tadpoles of anuran species, making them good models for investigating the underlying mechanisms. Besides, as wild amphibian population declines worldwide and the demand of artificial culture of economic anuran species increases, investigating the within-cohort size variation of amphibian tadpoles is in urgent and with economic value. Our previous observation on Rana omeimontis tadpoles suggested that liver size could regulated the growth rate of tadpoles, as hepatosomatic index was positively related to growth rate in these tadpoles whose liver growth is prior to somatic growth. These phenomena provided an original model for investigating the mechanisms of within-cohort size variation. Considering that the principle traits of increment of hepatosomatic index in Rana omeimontis tadpoles is accumulation of hepatic fat, in this project, we aimed at revealing the role of energy reserve in regulating individual growth and the development of size-variation by tracking the relationship between hepatic fat content and individual size along the axis of time in a population level. Further, comparative multiomics would be conducted to reveal the physiological and metabolic mechanisms of hepatic fat-depended growth and size variation from the perspective of growth hormone - Insulin-like growth factor I axis and metabolic pattern. These results should likely extend our understanding of the mechanisms that underlie the development of size-variation.

种群内的个体大小差异影响着群体的稳定性、灭绝风险和进化过程等，但目前我们对于其形成的生理和代谢机制知之甚少。无尾两栖动物在蝌蚪期存在较大的个体大小差异，是研究该机制的良好对象；由于两栖动物野生种群下降、经济种人工养殖需求增大等原因，研究其个体差异形成机制具有迫切性和潜在经济价值。我们在峨眉林蛙蝌蚪生长和个体差异形成过程中发现，肝脏大小对蝌蚪生长具有调节作用：蝌蚪肝体指数与生长速率正相关，且肝脏生长先于体生长。这一现象为研究个体差异的形成机制提供了一个新颖的模型。由于该蝌蚪肝体指数增加的最大特征是肝脏脂肪的积累，我们拟跟踪生长过程中种群内个体大小的变化与脂肪含量的关联，以揭示能量储备在调节个体差异形成中的关键作用；在此基础上，我们拟从GH-IGF-I轴和代谢模式的角度，利用多组学技术揭示能量储备调节个体生长和个体差异形成的生理和代谢机制。这些研究将为个体差异形成机制的理论进行重要补充和延伸。

种群内的个体大小差异影响着群体的稳定性、灭绝风险和进化过程等，但目前我们对于其形成的生理和代谢机制知之甚少。前期研究中，我们发现峨眉林蛙蝌蚪在生长到35-50mg后出现个体生长速率分化的现象，表现为体重分布的正偏态化；与此同时，我们发现蝌蚪在这一时期出现了脂肪在肝脏中大量积累的现象，且肝脏脂肪含量与蝌蚪生长速率呈正相关。这一现象提示能量储备与个体大小差异的形成存在潜在关联，是研究种群内的个体大小差异的形成机制提供了模型。本项目跟踪了峨眉林蛙蝌蚪生长过程中种群内个体差异变化与脂肪含量的关联，在此基础上利用多组学技术揭示能量储备调节个体生长和个体差异形成的生理和代谢机制，并通过活性小分子处理进行验证。研究发现，肝脏脂肪积累是蝌蚪生长速率提高的前提。肝脏脂肪积累伴随着脂肪合成与利用的同步上调，而糖酵解和氨基酸分解代谢下调，能量代谢上调；同时，我们发现峨眉林蛙蝌蚪的血液中糖类含量低，脂肪酸含量高，据此表明肝脏脂肪是蝌蚪的主要能量代谢底物。脂肪含量通过影响蝌蚪的能量代谢以调节蝌蚪的生长速率，进而调节资源在生长与脂肪储备间的平衡，表现为肝脏脂肪含量与个体生长速率间的正相关关系。综上而言，峨眉林蛙蝌蚪发育过程中的肝脏脂肪积累现象伴随着代谢模式的转变，导致个体生长速率不仅受环境资源的影响还受各自肝脏脂肪含量的限制；即是说肝脏脂肪含量的差异成为引起个体生长速率间差异的新因素，导致种群内个体大小差异形成。这些研究成果为个体差异形成机制的理论进行了重要补充和延伸，也为以峨眉林蛙及两栖动物为模型的生态和环境毒理学研究提供了重要基础。

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