黑鲷生长相关SNPs标记开发及其与生长性状关联分析

来源 :上海海洋大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:tianjuyy
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本研究利用Illumina高通量测序技术对4月龄黑鲷不同生长速度个体的脑、肝脏、肌肉组织混合样本进行了转录组测序及生物信息学分析,并通过GO功能富集分析和KEGG Pathway分析,寻找参与黑鲷肌肉生长、物质代谢等过程的相关调控通路。结果表明:对比分析黑鲷快生长和慢生长群体的基因表达情况表达,共筛选出3104个差异表达基因,包括1129个上调基因,1975个下调基因,其中包括myosin heavy chain(MYH4)、IGF-1、IGF-2、myosin light chain 3-like(Myl3)、myosin-6-like(MYH6)、Myoglobin(Mb)、Growth Hormone Receptor Type 1(GHR1)等参与肌肉生长调控的关键基因。在GO和KEGG富集分析中,我们筛选到与生长相关的显著富集GO条目25条、KEGG通路39条,如代谢途径、甲状腺信号通路、PPAR信号通路等。我们利用PCR扩增和高通量测序技术分段扩增了黑鲷肌肉生长抑制素(MSTN)基因和肌调节蛋白1(MyoD1)基因,测序及拼接后得到长度为2217bp的MSTN基因序列,包含长度分别为394bp、371bp、381bp的3个外显子和2个长度分别为325bp、746bp的内含子,编码区共1158bp。此外,还获得长度为2171bp的MyoD1基因序列,包含3个长度为591bp、83bp、84bp的外显子和2个长度为811bp、602bp的内含子,开放阅读框共758bp,其中,第3外显子序列不完整。我们对不同生长速度的黑鲷个体组别间进行基因序列比对分析,共筛选出7个候选SNPs位点,分别位于MSTN基因第2内含子的第88、94、274、692、712位碱基和MyoD1基因第1内含子的357位、第2外显子的65位。同时,我们还从转录组测序数据中筛选出61个候选SNPs位点,共记筛选出68个与黑鲷生长性状相关的候选SNPs位点。基于飞行时间质谱法,对68个候选SNPs位点进行基因分型,其中66个位点分型成功,成功率达97.06%。四个生长性状的主成分分析结果显示,体质量为第一主成分,累计贡献率为74%。性状之间的相关性分析结果表明,体质量与全长、体长均具有极显著相关性(P<0.01),与体高具有显著相关性(P<0.05),而全长、体长和体高这三个生长性状之间均具有极显著相关性(P<0.01)。结合SNPs位点的遗传参数分析结果、SNPs位点与生长性状的关联分析结果显示,共有4个SNPs位点既与体质量存在显著相关性,又满足多态信息含量要求和符合Hardy-Weinberg平衡的条件。其中,scaffold12-12716321的TT基因型个体的生长速率明显比CC基因型个体快,TT为优势基因型;scaffold13-4787950的AA基因型个体的生长速率显著高于CC基因型个体,AA为优势基因型。scaffold2-13687576的TT基因型个体的生长速率显著高于AA基因型个体,TT为优势基因型。scaffold290-11890的CT基因型个体和TT基因型的生长速率显著高于CC基因型个体,但CT基因型个体与TT基因型个体之间在体质量上并不存在显著性差异,因此CT与TT均为优势基因型。在开发出的4个SNP分子标记中,有3个标记所在位置的碱基突变引起了氨基酸的变化,具体如下:(1)scaffold13-4787950位于细胞色素P450 3A(cytochrome P450 3A,CYP3A40)cDNA链自5’端第364位碱基,碱基突变类型为A/C,突变前该位点对应密码子为AAC,翻译出的氨基酸为天冬氨酸;突变后该位点对应的密码子为CAC,翻译出的氨基酸变成组氨酸。(2)scaffold2-13687576位于补体成分4基因(complement component 4,C4)上cDNA链自5’端第6070个碱基处,突变前该位点对应密码子为AAC,突变后对应的密码子为UAC,翻译出的氨基酸由天冬氨酸变为酪氨酸。(3)scaffold290-11890位于纤维蛋白原β链(fibrinogen beta chain,FGB)上第757个碱基处,突变前该位点对应密码子为UUC,突变后对应的密码子为CUC,翻译出的氨基酸由苯丙氨酸变为亮氨酸。根据转录组测序数据,CYP3A40基因和FGB基因在慢生长个体组中表达量均呈下调趋势,由此我们推测scaffold13-4787950与scaffold290-11890的碱基变化可能对相关基因的表达量产生影响,从而影响了黑鲷个体的生长。本研究共开发出4个与黑鲷生长性状相关的SNP分子标记,这意味着我们能够从分子生物学层面对黑鲷进行优良品种选育,能够克服了由人工选育所带来的成本高、效率低、效果差等局限性。这有利于提高选择的准确性,并且可实现在早期鉴定出具有优良性状的个体,从而缩短育种周期,加速育种进程。
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