鲤基因组作图及生长相关基因定位研究

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鲤(Cyprinus carpio)在亚洲和欧洲有几千年的养殖历史,是世界性的重要养殖鱼类。鲤品种繁多,但自然资源衰退严重。随着人类对鱼类蛋白需求不断增加,水产养殖业对鲤优良品种的需求日益紧迫。因此,开展遗传学和基因组学的相关研究,构建鱼类分子育种技术体系,对加速鲤优良品种的遗传育种进程有重要的理论和现实意义,同时也为鲤自然遗传资源的保护提供参考。本研究从候选基因和基因组水平鉴定与鲤生长相关的遗传变异和基因,旨在对生长性状进行遗传解析,为鲤分子标记辅助育种奠定理论和技术基础。主要研究结果如下:  通过对黄河鲤30个亲本胰岛素样生长因子Ⅰ(IGF-Ⅰ)基因的外显子和部分内含子序列进行测序,鉴定出IGF-Ⅰ的9个变异位点。对这9个位点在289个子代中进行基因分型并分析它们与生长性状之间的相关性,结果显示,只有内含子2中的一个SNP g.7627T>A与体重和体长都有极显著的相关性,且AA为优势基因型。外显子3中的SNP g.7892C>T虽然在蛋白质水平将脯氨酸转变成亮氨酸,但该位点与生长性状并没有显著相关性,可能该氨基酸的改变并不影响IGF-Ⅰ的蛋白质功能和活性。虽然其它位点与生长没有相关性,但是g.7627T>A与g.7722T>C两位点的组合基因型与生长性状具有极显著的相关性。这些结果表明,g.7627T>A的AA基因型对鲤生长具有显著的遗传效应,具有分子标记辅助育种潜力。  克隆得到鲤3个生长抑素前体基因,即PSS1、PSS2和PSS3,同源比对发现它们都含有两个亚型,分别命名为PSS1a和PSS1b、PSS2a和PSS2b以及PSS3a和PSS3b,为鲤的四倍化现象提供了新的证据。鲤PSS1a、PSS2a和PSS3a的开放型阅读框(ORF)分别包含345、336和363个核苷酸,分别编码114、111和120个氨基酸。通过实时定量PCR分析鲤PSSs在早期各发育阶段和成鱼各组织中的表达模式。结果显示,PSS1最初在肌肉效应期表达,PSS2和PSS3最初开始表达的发育阶段为视泡期,这3个基因表达量最高的阶段分别为孵化出膜后1天、2天和心脏跳动期;鲤3个PSSs在成鱼中表达量最高的组织为脑,但是在脑各区域的相对表达量又有所不同,同时在中肠中都有少量的表达。通过对黄河鲤亲本PSS1a和PSS3a进行测序,发现有23个多态性位点,其中,PSS1a和PSS3a各有1个SNP位点(PSS1a-g.922C>T和PSS3a-g.1125C>A)与生长性状有显著的相关性,是黄河鲤分子标记辅助育种的候选分子标记。  利用SSR标记以长江鲤F2家系为材料构建了含有333个标记的遗传图谱。共23个生长QTLs定位于图谱的9个连锁群上,所解释的表型变异率为11.0%-20.3%。3个位于QTL的LOD峰或在其附近的标记(CCE544、CCE522和CCE170)分别与核糖体蛋白S30(rpS30)、Rho GDP解离抑制因子α(RHGDIA)和Ⅰ型囊泡膜谷氨酸转运体(VGLUT1)具有非常高的相似度。比较QTL分析显示,3个关于体重、体高和头长的QTLs(qBW1-a、qBH22-a和qHL19-b)与过去在镜鲤中所报道的QTL研究结果相似,其它在镜鲤中所报道的生长QTL连锁标记并没有定位在长江鲤的QTL区间。这些与生长相关的标记和基因为鲤分子标记辅助育种提供了基础。  从高密度鲤遗传图谱的50个连锁群上选取214个多态性的SSR标记,在3个鲤雌核发育系中使用半四分体分析法进行基因-着丝粒作图。其中,199个标记在至少一个家系中符合孟德尔理论分离比,它们的基因-着丝粒重组频率(y)为0-0.99(平均值为0.43)。其中,y值大于0.67的标记占34.67%,且7个y值接近1,说明鲤染色体上广泛存在强干涉现象。在假设完全干涉条件下,各连锁群上近着丝粒标记的基因-着丝粒遗传距离(G-C遗传距离)为0-10.3 cM(平均为2.9 cM)。根据近着丝粒标记及附近标记的G-C遗传距离,着丝粒被定位到50个连锁群上,且得到一个2N=100=58 m/sm+42 t/st的鲤核型公式,与之前用细胞学方法所得到的结果相似。鲤和斑马鱼着丝粒信息的比较研究结果表明,鲤在额外的基因组加倍后经历了广泛的染色体重排。这些结果为鲤的遗传学和基因组进化生物学等研究提供了重要参考。
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