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多倍化在脊椎动物特别是鱼类的进化历史中扮演着重要的角色,远缘杂交能有效的增加杂交后代的遗传变异,通过这种方法还能获得不同倍性的后代,包括杂交四倍体等后代。利用不同亚科且染色体数目不相同的红鲫(2n=100)(♀)与团头鲂(2n=48)(♂)杂交,成功的获得两性可育四倍体鲫鲂(4n=148)。基因组复制被认为是新的生物体进化的重要推动力。例如,早期脊椎动物进化曾经历过1-2次全基因组复重。此外,硬骨鱼类在约4.5亿年前与陆生脊椎动物分化开后,其基因组又经历了一次鱼类特有的基因组重复。为更好地了解基因组重复在超过4.5亿年的进化过程中对鱼类基因组的重塑,需要针对硬骨鱼类重复基因组特征,进行鱼类大量重复序列正确分析。本文通过应用11对简并引物对四倍体鲫鲂及其父母本团头鲂和红鲫的核基因组进行扩增,对三种鱼Hox基因片段的序列分析表明:
1.在四倍体鲫鲂中获得32个Hox基因片段,在红鲫中获得8个Hox基因片段,在团头鲂中获得4个Hox基因片断,所有的Hox基因片段大小都在700-1500bp之间,其结构中均包括外显子1-内含子-外显子2区域。
2.在四倍体鲫鲂的全基因组中基本上都有3个不同的互为旁系同源的Hox重复基因,红鲫中有两个不同的Hox重复基因。四倍体鲫鲂中的三个不同的Hox重复基因序列中有两个Hox重复基因序列来自其母本红鲫(2n=100),另一个重复基因序列可能是母本红鲫中的一个重复基因序列的变异体。
3.在四倍体鲫鲂中呈现了一些Hox基因家族的假基因,例如HoxD4aiii,HoxD9a,HoxD10ai。假基因,就是丢失了基因的转录和翻译功能,并且不再受功能约束的基因。剂量平衡导致了选择压力而通过形成假基因来丢失多余的Hox基因。理论上,假基因是由过早产生终止密码子或插入缺失导致的。本研究中的假基因就是由随意的突变而导致产生终止密码子而过早的终止了全长功能基因表达的产物而形成的,或者是由插入缺失导致阅读框的转变,从而使翻译的蛋白无功能化。
以上发现表明Hox基因在多倍体化研究中可以作为重要的分子遗传标记,同时该研究在生物进化和鱼类遗传育种方面具有重要的意义。本研究的结果将为追寻多倍化早中期即基因组仍处于迅速变化时对物种适应性演化和物种辐射演化的影响与贡献,提供有意义的线索。