【摘 要】
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中华绒螯蟹(Eriocheir sinensis)是我国重要养殖蟹类,因为雌性蟹的‘蟹黄’具有较高的食用价值深受消费者喜爱,性别机制研究对于生产上性别控制,实现单性化养殖具有重要的应用价值。之前研究结果表明中华绒螯蟹性别决定属ZW/ZZ型,但由于其染色体数目庞大(2n=146)且太小,无法通过染色体核型分析辨别性别染色体,而基因组测序将二倍体序列组装成单倍体序列也无法将ZW性别染色体序列区分开来。
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中华绒螯蟹(Eriocheir sinensis)是我国重要养殖蟹类,因为雌性蟹的‘蟹黄’具有较高的食用价值深受消费者喜爱,性别机制研究对于生产上性别控制,实现单性化养殖具有重要的应用价值。之前研究结果表明中华绒螯蟹性别决定属ZW/ZZ型,但由于其染色体数目庞大(2n=146)且太小,无法通过染色体核型分析辨别性别染色体,而基因组测序将二倍体序列组装成单倍体序列也无法将ZW性别染色体序列区分开来。本文利用全基因组重测序方法鉴定出ZW性染色体DNA候选片段,然后以性染色体候选片段筛选BAC文库,从而获得较长的性染色体序列,不仅可以分离鉴定中华绒螯蟹性别分子标记还有助于性染色体基因组序列组装,为后续研究性染色体进化以及性别相关基因奠定基础。之前本研究组完成了中华绒螯蟹全基因组测序,并构建了高密度遗传连锁图谱,通过性别QTL关联分析显示第48号连锁群(LG48)为性别连锁群,其上包括146个性别连锁SNP(single nucleotide polymorphism)标记。这些SNP分布在基因组的27个scaffolds上,本文随机选取20个scaffolds,设计了共70个性别分子标记候选用于筛选雌雄差异片段。为了获取中华绒螯蟹ZW染色体DNA候选片段,同时利用二代测序技术对1个雌蟹(ZW)、2个雄蟹(ZZ)个体的全基因组进行重测序,获得的reads分别与雌蟹参考基因组的scaffolds比对,统计覆盖到scaffolds的雌雄reads比率参数CQ(染色体熵),理论上CQ=2(1.7~2.3)的scaffolds为Z染色体DNA候选片段,CQ=0(0~0.3)的scaffolds为W染色体DNA候选片段。48号性别连锁群的CQ分析结果显示,共有51个Z染色体CQ候选片段(分布于18个scaffolds)和80个W染色体CQ候选片段(分布于15个scaffolds);随机挑选40个Z染色体CQ候选片段,利用q PCR验证Z染色体DNA候选片段在雌、雄DNA中的拷贝数,结果显示共有5个CQ片段显示在雄与雌DNA中的拷贝数比例约2:1,其余35个CQ片段接近1:1,表明Z、W性染色体之间同源序列较多,性染色体可能处于早期分化阶段。对CQ=0的80个W候选片段设计特异性引物,以10个雌性和10个雄性个体的DNA为模板进行PCR扩增,成功获得了一条仅在雌性个体基因组扩增的W特异性条带(560bp)。为了获取与此W对应的Z染色体同源候选片段,在W特异序列两侧设计引物,在雌性个体中扩增出两条带(1156bp和820bp),而在雄性个体中仅有一条带(1156bp)。序列分析结果显示,中华绒螯蟹的性别特异性序列有70%的同源性,表明中华绒螯蟹存在明显的性别特异性分化。雌性特异性片段有3个缺失区和108个核苷酸位点突变。雄性相关片段仅缺失2-bp和1-bp。q PCR结果表明1156bp的DNA片段在雄与雌DNA基因组的拷贝数比例约2:1,从而进一步证明了获得的雄性纯合片段来自Z,而雌性杂合片段分别来自ZW。为了验证性别分子标记是否存在不同地理种群差异,从辽河、长江、黄河、闽江、广西合浦等5个地方采集各20尾绒螯蟹雌雄个体,提取基因组DNA为模板进行PCR扩增,结果均显示雌性个体出现两条DNA带(1156bp和820bp)而在雄性个体中仅出现一条DNA带(1156bp),从而表明分子标记稳定并且适用于我国中华绒螯蟹不同种群,再次证实了中华绒螯蟹性别决定机制为雌性异配型(ZW),雄性同配型(ZZ)。与此同时为了验证该标记是否也适合种间性别检测,挑选20个日本绒螯蟹雌雄个体进行PCR验证,结果显示无雌雄差异的条带,说明此标记不适用于日本绒螯蟹,但另一个W特异的分子标记(560bp)能够适用。为了获取更长的Z、W染色体DNA片段以便进行功能基因注释,本文进一步以其为探针筛选了中华绒螯蟹BAC基因组文库。以各混合池BAC质粒DNA为模板,用分步PCR方法对401块一级混合池和520块二级混合池三维交叉筛选,获得了Z、W染色体候选片段共7个阳性单克隆;并对一个W候选片段的阳性克隆(P282E21)进行Pac Bio测序及基因注释,获得了一条45388bp的W染色体DNA序列,与基因组对应的scafold共线性比对相似度高达95%,初步分析了W染色体的结构并预测到了6个功能基因。
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