杂交鲫鲤和草鲂品系中homologous表达模式研究以及翘嘴鲌进化研究

来源 :湖南师范大学 | 被引量 : 1次 | 上传用户:jitlin
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在物种的进化研究中,物种的起源一直都是人们关注的热点。普遍的观点认为,新的物种和群体的产生除了外部的环境选择调控以外,内部影响因素包括重新组合基因组和多样化的表达调控。序列同源表明两个或多个蛋白质或DNA序列具有相同的祖先,而其中对杂交物种中直系同源(orthology)和旁系同源(paralogy)的研究是进化领域探索的重要方向。尽管大量的研究工作已经完成了对多种杂交群体的基因组组成情况的鉴定,人们对杂交群体的表达调控情况却知之甚少。本论文针对来源于不同亲本的同源基因(部分同源基因)在杂交个体中的表达量的研究,从而了解杂交群体中多样化的表达调控情况信息。这种伴随着杂交和多倍体化带来的新的表达类型的出现,为我们阐述新群体的形成提供了重要的研究数据。同时也为水产养殖中的杂交育种提供了重要的参考,亲本之间的性状差异,往往暗示着杂交子代性状的情况。本研究的主要内容分为以下几个方面:1.以自然界中淡水鱼类物种翘嘴鲌的作为材料,通过提取肝脏RNA,c DNA建库和illumina测序步骤后,完成数据获取后,对数据进行质控、de nove拼接、基因名称和功能注释。之后,将从Esemble数据库下载到鲤科鱼类中的模式生物斑马鱼的外显子序列,利用生物信息学软件与我们获取的翘嘴鲌的CDS进行直系同源比对分析。在这个基础上,通过ka/ks来计算对应直系同源序列之间的进化距离,结果表明,有4个正向选择基因(ka/ks>1)的存在,同时利用直系同源基因之间KS分析,评估了斑马鱼和翘嘴鲌的进化分歧时间。基于线粒体进化树分析结果,翘嘴鲌和斑马鱼祖先在鲤科鱼类形成的早期就发生了分化,这表明该4个正向选择基因的产生和早期鲤科鱼类分化中的环境因素有密切关系。2.选择在同一环境下饲养的草鱼,团头鲂,三倍体草鲂个体作为研究材料,草鱼和团头鲂作为父母本产生的三倍体后代,不但在染色体数目,同时在基因组组成方面都发生了很大的改变(拥有了多套不同的染色体)。利用转录组测序技术对表达量检测是现在高效的研究方式,在完成了对三个群体的转录组测序拼接后,利用生物信息学软件RSEM对它们的表达量情况进行计算。比较杂交个体与亲本的相对表达量的关系,我们建立了一套模型来进行分类(downregulation,upregulation,BSB-expression level dominance,GC-expression level dominance,Mid-parents and No change),从来来对杂交个体中的表达调控情况进行了解。通过分类可以直观的观察到三倍体草鲂的总体表达量上/下调和表达量偏向情况,结果表明,该杂交群体是一个偏向父本团头鲂的表达偏向情况。同时,表达量数据分析显示该杂交群体发生了负向剂量补偿效应(其表达量并没有伴随着染色体数目的增加,成倍型的增加),这为我们研究杂交多倍体化对表观遗传方面的改变提供重要的资料。3.选择杂交鲫鲤品系中的三个不同倍型的可育群体作为研究材料,以研究部分同源序列的表达量情况作为实验目的,采用了的是SNP位点识别的方法来标记区分两种部分同源序列,实验采用了两种技术平台进行研究(转录组中物种SNP标记部分同源序列,real-time RT-PCR部分同源序列特异性引物)。转录组技术手段基于的是杂交群体和其亲本的肝脏组织进行研究,完成数据的质控,序列拼接和注释后,利用生物信息学的方法建立两套基因组外显子SNP数据库,最后,利用这两套部分同源SNP数据库的差异情况,完成其各自同源序列的表达量的计算。QPCR技术手段针对的是从转录组数据库里面筛选出来的2个基因(slc25a20和slc10a3)和7个生长相关的重要基因(igf1,igf2,ghr,tab1,bmp4,mstn和vasa)作为研究对象。预实验通过常规PCR的方式获取以上基因的部分同源序列的m RNA的碱基序列情况,通过软件筛选,我们可以获取目的基因的两种部分同源序列的差异碱基信息,通过针对差异碱基设计引物(进行了假阳性验证,确认是特异扩增才使用),借助real-time RT-PCR来完成三个杂交群体中的部分同源序列在不同组织中的表达情况。研究以上三个不同倍型的杂交可育群体,可以让我们对杂交和多倍体化分别在对杂交群体形成过程中的表达调控情况有一个清晰的认识,部分同源序列表达偏向比例情况,会帮助我们了解到杂交群体中的多样化的杂交个体形成的原因,不同于以往我们用杂交后代性状的描述性说明,来鉴定亲本对杂交后代影响的程度。利用该方法将有利于我们进一步挖掘到杂交和多倍体化对新群体形成的推动原因。同时,新基因在产生以及基因表达沉默的发现,这也为我们考察杂交和多倍化调控机制提供了基础。杂交与多倍体化对新群体的性状带来重大影响,从而使杂交个体表现出不同于父母本的大量性状,通过研究部分同源序列在杂交多倍体品系中的遗传组成和表达调控是研究杂交性状的重要领域。本论文针对部分同源序列在不同类型的杂交品系中的表达情况,进一步研究了基因的沉默,新基因的产生以及部分同源序列表达偏向等现象,为我们研究杂交个体的继承问题做了全面的解释,同时,也为我们探讨杂交优势提供了参考。
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