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本论文利用同工酶(Isozyme)电泳技术和内部简单重复序列(ISSR)技术对石鲽群体遗传多样性进行了分析;对石鲽及其它四种鲽形目鱼类养殖群体的遗传结构进行了同工酶分析;采用PCR的方法对石鲽核糖体DNA(包括18S rDNA,ITSl,5.8S rDNA,ITS2,28S rDNA的D1-D3区)及其假基因进行了克隆和分子进化分析;对石鲽及其它五种鲽形目鱼类的ITS2和28S rDNA的D1-D3区进行了序列和分子系统学分析;对石鲽♂与牙鲆♀杂交子一代进行了同工酶、ISSR和rDNA的遗传学分析。主要结果如下:
1、采用水平淀粉凝胶电泳技术对石鲽14种同工酶在8种组织中的表达进行了分析,并在此基础上对石鲽三个野生群体的遗传多样性进行了研究,共记录了31个基因座位,14种同工酶的表达有明显的组织特异性,SOD<*>,GDH<*>,G3PDH-2<*>和ADH-2<*>仅在肝脏中表达,SDH-1<*>MDH-1<*>和ADH-1<*>仅在肌肉中表达,LDH-B<*>和LDH-C<*>仅在眼睛中表达,MDH-2<*>,GPI-3<*>和SDH-2<*>在8种组织中均有表达,其它基因座位的表达表现出不同的组织特异性。石鲽QD群体、WH群体和LZ群体的多态座位比例变化范围为:25.00%-29.17%;观察杂合度的变化范围为:0.028-0.051;期望杂合度的变化范围为:0.039-0.058;三个群体间的遗传距离为:0.0004-0.0022,群体间的分化度Fst=0.0164,表明群体间的遗传分化较小,基因流较大N<,m>=14.98。
2、采用水平淀粉凝胶电泳技术对石鲽及其它四种鲽形目鱼类养殖群体的遗传结构进行了分析,结果表明,几种鲽形目鱼类养殖群体的多态座位比例的变化范围为:0.0%(大菱鲆)-29.4%(牙鲆);观察杂合度(H<,o>)的变化范围为:0.000(大菱鲆)-0.086(牙鲆);期望杂合度(He)的变化范围为:0.000(大菱鲆)-0.090(牙鲆)。与已有野生群体的研究结果相比较,石鲽养殖群体的遗传多样性尚未发生明显变化;大菱鲆和漠斑牙鲆养殖群体的遗传多样性发生了明显降低;牙鲆养殖群体虽然群体杂合度没有明显变化,但发生了部分稀有等位基因的丢失;半滑舌鳎养殖群体的多态座位比例发生了一定程度的降低。
3、利用ISSR技术对石鲽3个野生群体和1个养殖群体的遗传多样性进行了分析,用筛选出的8个重复性好、多态性高的引物进行扩增分析.共得到183个扩增位点,片段大小在200-3000bp之间,四个群体多态位点比例分别为:50.8%(QD群体),49.7%(WH群体),50.3%(LZ群体),48.1%(YZ群体),Shannon多样性指数分别为18.28(QD群体),18.46(WH群体),18.53(LZ群体),15.68(YZ群体),养殖群体的遗传多样性低于野生群体。石鲽群体间的遗传距离较小,表明石鲽群体间的遗传分化较小,不同群体间的遗传相似度较大。
4、采用PCR的方法对石鲽核糖体DNA(包括18S rDNA,ITSl,5.8S rDNA,ITS2,28S rDNA的D1-D3区)及其假基因进行了克隆和序列分析,并利用RT-PCR技术对rDNA的表达进行了分析,发现石鲽基因组内不仅存在较大的rDNA多态性,还存在大量的rDNA假基因序列。
石鲽基因组内存在三种主要类型的18S rDNA,18S rDNA类型Ⅰ的长度为1838bp;18S rDNA类型Ⅱ的长度为1823 bp,与类型Ⅰ相比有1个15bp的缺失,18SrDNA类型Ⅲ的长度为1816 bp,与类型Ⅰ相比除了上述的15bp的缺失外,还有1个7bp的缺失;详细的序列分析表明18S rDNA类型Ⅰ为石鲽预期的18S rDNA。采用PCR的方法对石鲽ITSl进行扩增得到片段大小不同的两条带(分别记为LFl和SFl),对LFl和SFl进行克隆测序共获得46条:ITSl序列,这些序列具有较高的序列多态性,可以分为五组(组Ⅰ,组Ⅱ,组Ⅲ,组Ⅳ和组Ⅴ),组Ⅰ-Ⅱ的ITSl序列来自LFl,组Ⅲ-Ⅴ的ITSl序列来自SFl。组Ⅲ-Ⅴ的ITSl序列长度(685-716 bp)比组Ⅰ-Ⅱ的ITSl序列长度(765-776 bp)短,但是组Ⅲ-Ⅴ的ITSl序列变异度(9.8%)比组Ⅰ-Ⅱ的ITSl序列变异度高(4.2%)。与LFl ITSl(组Ⅰ-Ⅱ)相连接的18S rDNA为18S rDNA类型Ⅰ;与SFl ITSl(组Ⅲ-Ⅴ)相连接的18S rDNA为18S:rDNA类型Ⅱ和类型Ⅲ。18S rDNA的表达分析表明,18S rDNA类型Ⅰ大量表达,没有检测到18S rDNA类型Ⅱ和类型Ⅲ的表达。因此,18S rDNA类型Ⅰ为功能基因,18S rDNA类型Ⅱ和类型Ⅲ为假基因;与类型Ⅰ相连接的ITSl序列(组Ⅰ-Ⅱ)为石鲽工TSl的功能基因,与类型Ⅱ-Ⅲ相连接的ITSl序列(组Ⅲ-Ⅴ)为石鲽ITSl的假基因。
石鲽基因组内存在两种主要类型的28S rDNA,28S rDNA的D1-D3区类型Ⅰ的长度为1480 bp;28S rDNA的D1-D3区类型Ⅱ的长度为1398 bp,与类型Ⅰ相比发生了多个位点缺失;详细的序列分析表明28S rDNA类型Ⅰ为石鲽预期的28S rDNA。采用PCR的方法对石鲽ITS2进行扩增得到片段大小不同的两条带(分别记为LF2和SF2),对LF2和SF2进行克隆测序共获得44条ITS2序列,这些序列具有较高的序列多态性,可以分为五组(组Ⅰ,组Ⅱ,组Ⅲ,组Ⅳ和组Ⅴ),组Ⅰ-Ⅱ的ITS2序列来自LF2,组Ⅲ-Ⅴ的ITS2序列来自SF2。组Ⅲ-Ⅴ的:ITS2序列长度(448-454bp)比组Ⅰ-Ⅱ的ITS2序列长度(518-528bp)短,但是组Ⅲ-Ⅴ的ITS2序列变异度(6.1%)比组Ⅰ-Ⅱ的ITS2序列变异度高(5.6%)。与LF2 ITS2(组Ⅰ-Ⅱ)相连接的28s rDNA为28S rDNA类型Ⅰ;与SF2 ITS2(组Ⅲ-Ⅴ)相连接的28S.rDNA的D1-D3区为28S rDNA类型Ⅱ。28S rDNA的表达分析表明,28S rDNA类型Ⅰ大量表达,没有检测到28S rDNA类型Ⅱ的表达。因此,28S rDNA类型Ⅰ为功能基因,28S rDNA类型Ⅱ为假基因,与类型Ⅰ相连接的ITS2序列(组Ⅰ-Ⅱ)为石鲽ITS2的功能基因,与类型Ⅱ相连接的ITS2序列(组Ⅲ-Ⅴ)为石鲽ITS2的假基因。
5、对石鲽及其它五种鲽形目鱼类:ITS2和28S rDNA的D1-D3区进行了分子系统学分析,6种鱼ITS2片断从448 bp-570 bp不等,发生变异的位点达51-33%;28S rDNA的D1-D3区片断长度从1398 bp-1480 bp不等,发生变异的位点仅为6.84%,明显低于ITS2的变异度,这验证了核糖体DNA编码区的进化速率明显低于非编码区。根据ITS2、28S rDNA的D1-D3区和ITS2+28S rDNA的D1-D3区构建的系统发生树表明,石鲽种内的LF2和SF2首先聚在一起,然后与同属鲽科的星鲽聚在一起;同属于牙鲆科的牙鲆和漠斑牙鲆聚在一起;相比鲆科和舌鳎科,牙鲆科和鲽科的亲缘关系更近些,这与传统形态分类结果是一致的。
6、对石鲽♂与牙鲆♀杂交子一代进行了遗传学分析,利用水平淀粉凝胶电泳技术,对亲本石鲽、牙鲆及其杂交子一代进行了同工酶比较分析,结果表明,亲本各组织的同工酶在杂交子代中得到表达,杂种的同工酶谱又可分为三类:1)完全互补型,杂种子一代酶谱完全兼有两个亲本的所有酶带,没有新的酶带产生。如本实验中HK(己糖激酶)和PGM(磷酸葡萄糖变位酶);2)互补亲本的部分酶带,同时丢失亲本的部分酶带。这种类型在本实验中没有发现;3)表现双亲未出现的酶带,即除互补双亲酶带外,出现了亲本皆无的酶带。如LDH(乳酸脱氢酶)、IDHP(异柠檬酸脱氢酶)、SDH(山梨醇脱氢酶)和ADH(乙醇脱氢酶),这四种酶在杂种子一代中均出现了非亲本酶带。
对ISSR标记在石鲽与牙鲆杂交家系的分离方式进行了研究,结果表明:8个ISSR引物共扩增出181个标记,其中116个为多态性,占总数的64.09%;标记在F1代呈三种分离方式:符合孟德尔分离比例、偏离孟德尔分离比例和异常分离。3种分离位点出现的频率和数量分别为:82.87%、150,11.05%、20,6.08%、11。符合孟德尔分离比例的情况包括:1)不分离;2)亲本中呈多态而在子代中1:1分离;3)亲本均有而在子代中3:1分离。偏分离的标记包括:亲本中呈多态而在子代中偏离1:1分离的标记和亲本均有而在子代中偏离3:1分离的标记。异常分离的标记为在F1代出现双亲均不具备的标记,还有一种是双亲或单亲有,而子代却无扩增产物。该研究结果可为进一步利用该群体构建牙鲆和石鲽遗传图谱打下良好的工作基础并提供一定的理论依据。
对杂交子一代及其亲本进行ITSl的特异性PCR扩增,扩增结果显示,杂交子一代兼有父本石鲽和母本牙鲆的ITSl,这与预期值相同,验证了杂交实验的成功。ITSl序列可以作为验证牙鲆与石鲽杂交后代的可靠的分子标记。此外,杂交子一代中有的个体继承了石鲽的18S rDNA假基因,有的个体没有继承石鲽的18S rDNA假基因,造成这种现象的原因目前还不清楚,需要对杂交子一代不同发育时期进行追踪研究。