【摘 要】
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远缘杂交可以快速的组合两个或多个物种的基因组,是形成新物种的有效途径之一。通过杂交技术获得具有优势性状的杂交鱼,对水产养殖具有重要意义。近年来,对高通量测序获得的大数据研究,丰富和拓展了基因印迹和母性效应等理论,为杂种优势产生的机制提供了重要的分子基础。本实验室以团头鲂(Megalobrama amblycephala,2n=48,简写为 BSB)和翘嘴红鲌(Culter alburnus,2n=
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远缘杂交可以快速的组合两个或多个物种的基因组,是形成新物种的有效途径之一。通过杂交技术获得具有优势性状的杂交鱼,对水产养殖具有重要意义。近年来,对高通量测序获得的大数据研究,丰富和拓展了基因印迹和母性效应等理论,为杂种优势产生的机制提供了重要的分子基础。本实验室以团头鲂(Megalobrama amblycephala,2n=48,简写为 BSB)和翘嘴红鲌(Culter alburnus,2n=48,简写为 TC)为亲本,进行人工杂交育种,获得了两性可育的异源二倍体正交品系鲂鲌(F1~Fs)和反交品系鲌鲂(F1~F3)。本文在鲂鲌F4自交培育出鲂鲌F5的基础上,对鲂鲌F4~F5的外形特征,DNA含量,繁殖特性以及群体分化比例等进行了系统研究,以考察鲂鲌品系的遗传及稳定性;另外,对鲂鲌和鲌鲂消化道结构,消化酶含量,肠道微生物进行了比较,进而探究了鲂鲌和鲌鲂品系的食性特征;最后,本论文利用高通量测序技术,获得了鲂鲌品系(F1~F3)和鲌鲂品系(F1~F2)不同世代肝脏转录组,并对同源基因表达模式以及基因遗传变异情况进行了分析。具体研究内容包括以下三点:1.对鲂鲌F4和鲂鲌F5群体比较分析:鲂鲌F4和鲂鲌F5群体在外形特征上(可量、可数性状)与鲂鲌F1~F3均无明显差异,保留了杂交特性;所有检测的鲂鲌F4和鲂鲌F5个体均为二倍体,倍性稳定;鲂鲌F4和鲂鲌F5群体中约15%的个体出现了基因型和表型的分化。此外,鲂鲌F4性腺组织中直接观察到了染色体数目减半的染色体分裂相,且电镜扫描精液显示精子结构正常,表明鲂鲌品系异源染色体组在减数分裂过程中可正常配对。2.本论文对鲂鲌和鲌鲂消化道结构,消化酶含量以及肠道微生物进行了比较,结果显示:鲂鲌和鲌鲂子代的体形、头型、摄食口型、下咽骨外形都为杂合型;肠道结构(相对肠长、相对肠重、ZI指数)和消化酶酶含量(肠道淀粉酶和纤维素酶,肝脏胰蛋白酶和脂肪酶)略偏向于团头鲂;鲂鲌F1和鲌鲂F1的肠道微生物多样性水平显著性高于肉食性翘嘴红鲌(P<0.05);在鲂鲌F,和鲌鲂F1肠道中检测到与团头鲂共有的菌群显著性多于与翘嘴红鲌检测到共有菌群;鲂鲌F1和鲌鲂F1肠道中优势菌群的丰度与草食性团头鲂接近,而与肉食性翘嘴红鲌有显著性差异,特别是产纤维素酶的微生物菌群Aeromonas和Cetobmacterium,在鲂鲌F1和鲌鲂Fi肠道微生物中的比例分别为23.53%和18.37%,与草食性团头鲂(20.71%)接近,显著性高于肉食性翘嘴红鲌(4.81%)(P<0.05)。鲂鲌F1和鲌鲂F1可能具有偏向于团头鲂的食性特征。3.根据肝脏转录组测序结果,通过直系同源分析显示在鲂鲌品系中有大于7.57%的基因发生了嵌合(非同源重组),而在鲌鲂品系中嵌合率小于6.0%。结合Sanger测序验证结果,在不同世代子代中嵌合基因不仅表现出可遗传性,而且嵌合类型具有随机多态性。整体表达水平分析显示约20%基因的表达水平偏向于团头鲂(表达优势);来源于亲本的同源基因在鲂鲌和鲌鲂子代中表达具有不对称性(表达偏向),且部分同源基因发生了特异表达、基因沉默以及基因印迹。荧光定量PCR结果显示,同源表达偏向在不同世代鲂鲌和鲌鲂子代,不同发育时期,不同组织可动态转换。综上所述,异源二倍体鲂鲌品系能够自交繁殖,且品系性状稳定,是一个非常宝贵的鱼类种质资源。异源二倍体鲂鲌品系性腺组织观察到了染色体数目减半的染色体分裂相,为异源多倍体繁殖生物学研究奠定了基础;正反杂交子代鲂鲌F1和鲌鲂F1具有偏向于一方亲本的食性特征,为鱼类食性的形成和鱼类养殖的改良提供了参考;鲂鲌品系和鲌鲂品系中一定比例的基因发生了嵌合(非同源重组),且嵌合现象在不同世代杂交子代中可遗传,嵌合类型具有随机多样性,为异源二倍体遗传进化奠定了基础;鲂鲌品系和鲌鲂品系中同源基因的多种表达调控机制(基因沉默、表达偏向、表达优势、母性效应等)为杂种优势研究奠定了分子基础。
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