“岱衢族”大黄鱼性别特异分子标记的开发及早期雌雄差异表达基因的鉴定

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鱼类性别决定与分化的分子机制与哺乳动物相比,具有多样性、可塑性等特点,几乎涵盖了所有脊椎动物的性别决定方式,主要包括基因型性别决定和环境型性别决定。已有研究表明,大多数鱼类的性别染色体不具有异型性,在形态学与分子学层面难以分辨,因此,鱼类性别决定区域与性别决定基因的相关研究一直是该领域的热点与难点。另一方面,水产鱼类的经济性状通常展现出性别二态性,性别特异性分子标记的开发是实现单性养殖与研究性别决定分子机制的一个重要工具。大黄鱼(Larimichthys crocea)是中国重要的海洋经济鱼类,属石首鱼科黄鱼属,主要分布在东亚沿海地区,深受广大消费者的喜爱。已有研究根据形态学和生态学等差异将中国沿海地区大黄鱼由北至南分为“岱衢族”、“闽粤东族”、“硇洲族”三大地理群体。“岱衢族”与“闽粤东族”大黄鱼在形态和生长、核型分析、脂肪酸、随机扩增多态性DNA、线粒体基因组和全基因组等方面均具有差异,目前“岱衢族”大黄鱼性别决定的分子机制和性别分子标记的开发与应用还未见报道,且影响生殖发育和性别调控相关基因的研究也相对较少。本研究以“闽粤东族”大黄鱼基因组与其定位于22号染色体上一个大黄鱼性别决定区域为基础,对“岱衢族”大黄鱼dmrt1和dmrt3基因之间的基因组区域进行分子标记的筛选,共设计了147对引物,成功在dmrt1和cfap157之间获得了一对性别特异性分子标记。PCR扩增凝胶电泳结果显示,该标记在雌性中只能扩增出一条500 bp的条带,而在雄性中可以扩增出500 bp和390 bp两条条带,通过测序比较分析发现“岱衢族”大黄鱼雄性特异条带产生了110 bp的序列缺失。该标记在276尾“岱衢族”大黄鱼中进行了验证,结果表明所鉴定的遗传性别与表型性别100%一致。该标记在“闽粤东族”大黄鱼的遗传性别鉴定与表型性别一致率平均只有79.6%,进一步验证了“岱衢族”大黄鱼也属于XX♀-XY♂型。基于以上开发的性别特异性分子标记,可以对大黄鱼幼鱼进行性别鉴定。本研究分别对孵化后20、30、40、55和70天(dph)的“岱衢族”幼鱼进行躯干取材,分别提取DNA进行性别鉴定,利用转录组测序技术对以上不同发育时期的雌雄样品进行测序,对其差异表达m RNA结果进行分析。转录组数据共获得419.95 G的Clean Data,各样本的有效数据量分布在12.56~16.09 G,Q30碱基分布在89.28~92.38%,平均GC含量为49.51%。通过将reads比对到参考基因组上,得到各个样本的基因组比对情况,比对率为93.03~94.85%。对“岱衢族”大黄鱼雌雄早期性腺不同发育时期的m RNA进行差异表达分析,结果显示,20 dph时雌雄差异表达基因较少;在30dph时雌雄差异表达基因开始增多;40 dph时雌雄差异表达基因最多,dmrt1开始表达,推测30~40 dph时是雌雄性别决定的关键时期,雌雄性腺在此时期开始分化。通过GO与KEGG对差异表达基因进行富集分析,在雌雄早期性腺不同发育时期中差异表达基因在“Endocrine system”、“Endocrine and metabolic diseases”、“repoductive”等通路中有富集,进一步分析得到anp32、hipk3、calpain-2等基因;在相邻性腺发育时期中差异表达基因在“Steroid biosynthesis”、“Oocyte meiosis”、“Progesterone-mediated oocyte maturation”、“p53 signaling pathway”、“PI3K-AKT signaling pathway”等通路中有富集,进一步分析得到ebp、msmo1、lss、plk1、cdk1、bub1、ccnb1等基因。综上所述,本研究开发并鉴定了一种“岱衢族”大黄鱼群体特异的性别分子标记,通过该标记得以对“岱衢族”大黄鱼幼鱼进行性别鉴定,并通过转录组对雌雄性腺发育早期的差异表达基因进行了分析,发现性别关键基因dmrt1在40dph时于雄性中起始表达,明确了30~40 dph是性别决定的关键时期。本研究为阐明“岱衢族”大黄鱼性别决定的分子机制奠定了理论基础,为实现性别控制育种提供了有用的工具。
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