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半滑舌鳎是当前国内重要的海水养殖鱼类,但半滑舌鳎雌雄性生长速度差异巨大,雄性个体生长速度过慢加大了养殖成本,阻碍了半滑舌鳎养殖业的健康、快速发展。因此,培育全雌半滑舌鳎苗种,实现全雌化养殖成为当前半滑舌鳎养殖业亟待解决的问题。而揭示半滑舌鳎雌雄生长差异的分子机理,具有重要的理论和应用价值。本文通过静水压和低温处理抑制半滑舌鳎第二极体释放,诱导半滑舌鳎雌核发育二倍体,用微卫星标记对雌核发育个体进行分析鉴定,并以减数雌核发育家系为材料对部分微卫星标记进行了定位研究;利用半滑舌鳎雌性特异标记遗传性别鉴定技术对半滑舌鳎养殖群体中生理雄鱼的遗传性别进行了分析、鉴定;采用RT-PCR、RACE、real-time PCR等技术克隆了半滑舌鳎PACAP/PRP、GH、GHR1、GHR2、IGF-I、IGF-II基因的全长cDNA序列,研究了其组织表达分布和各基因在各生长阶段下雌雄间表达差异等。其主要结果如下:(1)通过静水压和低温处理诱导半滑舌鳎雌核发育二倍体。结果表明,紫外照射导致各处理组精子的受精率逐渐降低,但剂量在15-50 mJ cm-2范围内,各处理组精子的受精率无显著差异;并且当照射剂量增加到50 mJ cm-2时,倍性分析显示紫外处理精子受精卵的单倍体率增大到100%,因此,舌鳎精子的适宜紫外灭活剂量为50 mJ cm-2(而实验结果显示鲈鱼冻精适宜的紫外灭活剂量为30 mJ cm-2)。紫外灭活精子与舌鳎卵“受精”后5 min,5℃下处理20-23 min,诱导率最高为10.0±1.O%。而静水压处理的最佳条件是“受精”后5 min,70 MPa下处理4 mm,诱导率最高为8.0%。微卫星标记分析显示同一家系中推定的24尾雌核发育个体中没有异于母本的基因型。性别鉴定结果显示,24尾雌核发育二倍体中只有4尾产生了205 bp的雌性特异条带,另外20尾没有相应的条带,因此,该家系中雌核发育二倍体的雌性个体比例为20%。在另外一个家系中,雌性个体比例为9/30。半滑舌鳎雌核发育个体雌性比例偏低,很可能是W染色体上有纯合致死基因。
(2)紫外灭活的异源和同源精子诱导的半滑舌鳎单倍体胚胎发育过程比较结果显示,在胚盘形成期、二细胞期、多细胞期和囊胚期,异源和同源精子诱导的半滑舌鳎单倍体胚胎发育时序及形态无显著差异。之后,灭活的异源精子诱导的单倍体胚胎发育速度比同源精子诱导的单倍体胚胎要慢,至受精后18h48min已慢1个发育时期。肌节期后,同源精子和异源精子诱导的单倍体胚胎发育都严重受阻,速度无显著差异;且单倍体胚胎陆续大量死亡,但异源精子诱导的单倍体胚胎死亡率明显要大于同源精子诱导的单倍体胚胎。异源和同源精子诱导的单倍体胚胎孵出的仔鱼均表现有单倍体综合症,外形基本一致。
(3)M-C定位研究结果显示,21个微卫星标记中18个微卫星标记符合孟德尔分离比,3个位点(Cyse03,Cyse27,Csou3)(14.3%)显著偏离预期理论比(P<0.05)。各标记与着丝粒间的重组率从0.1666(Cyse26)到1.000(Cyse25,Cyse31,Cyse46和Cyse10c)不等,平均重组率为0.846。根据各标记与着丝粒间的遗传距离可推断,13个微卫星标记中有10个在端粒区,1个在着丝粒区,2个在染色体的中部。13标记中,M-C间重组率显著高于0.67的有10个,这暗示了在半滑舌鳎减数分裂过程中存在明显的交叉干涉。
(4)自然性逆转现象的发现。雌性特异标记遗传性别鉴定结果显示,32尾雌鱼均能扩增出205bp的雌性特异条带:39尾表型雄鱼,仅一尾鱼扩增出了雌性特异条带,因此这尾鱼遗传上为雌性,是一尾伪雄鱼。对半滑舌鳎养殖群体生理雄鱼大规模检测发现,养殖群体自然性逆转伪雄鱼比例为1.66%。自然性逆转伪雄鱼性腺组织学观察显示,伪雄鱼性腺中也有大量的精母细胞,但数量比正常雄鱼的略少。
(5)半滑舌鳎生长相关基因克隆及雌雄生长差异表达分析结果显示,50日龄-5月龄时,半滑舌鳎雌雄个体体重差异不显著;7月龄后,雌雄间差异显著,雌性生长速度显著快于雄性;至12月龄时,差异达最大,雌鱼平均体重是雄鱼的10.4倍。采用同源克隆策略获得了6个半滑舌鳎生长相关基因的全长cDNA序列,它们分别是PACAP/PRP(1237bp)(Genbank No.FJ608666)、GH(817 bp)(FJ608663)、GHR1(2377 bp)(FJ608664)、GHR2(3112 bp)(FJ608665)、IGF-I(1207 bp)(FJ608667)、IGF4-II(1473 bp)(FJ608668)。在PACAP/PRP中存在外显子漏译现象。组织表达分析显示,PACAP/PRP基因在脑和眼中有表达,在其他组织中不表达。长转录子(编码PRP)在脑和眼中的表达量都明显大于短的转录子。GH基因仅在垂体中表达。生长激素受体I和II型基因在半滑舌鳎血、脑等14种组织中都有表达。半滑舌鳎胰岛素样生长因子I在舌鳎脑、眼、鳃、头肾、肠、肝、肌肉、垂体、皮肤、脾中都表达,其中在肝脏中表达量最大。在舌鳎头肾、肠、肌肉、脾中雌雄个体间表达量有一定差异。半滑舌鳎胰岛素样生长因子II在14种组织中都有表达,在舌鳎血、肠、肌肉、性腺、皮肤等组织中,雌雄个体间表达量有一定差异。Real-time PCR分析显示,PRP/PACAP mRNA表达水平在各生长阶段雌雄间差异不显著(P>0.05);而生长激素基因在半滑舌鳎雌性垂体中的表达量显著高于雄性;生长激素受体I型基因在50日龄-12月龄的舌鳎雄性个体中的表达量都高于雌性,8月龄后雌雄间表达量的差异越来越小,至12月龄时已无显著差异。生长激素受体II型基因在舌鳎发育的初期,在雄性肝脏中的表达量显著大于雌性,但在80日龄时,雌雄间表达量无显著差异。7月龄后,生长激素受体II型基因在雌性肝脏中的表达量又大于雄性,但差异不显著。IGF-I在80日-7月龄的雌雄舌鳎肝脏中表达量无差异,8月和9月龄的雌性个体中IGF-I mRNA表达量高于雄性个体,但12月龄的雌雄舌鳎间IGF-I mRNA表达量无显著差异。8月龄前,雌雄舌鳎间IGF-II mRNA表达量无显著差异,但9月和12月龄的雌性舌鳎IGF-II mRNA表达量显著高于雄性。总之,生长轴调控的上游基因(PACAP)雌雄间表达量无差异,生长轴调控的主基因(GH)雌性中表达量显著高于雄性,GHR1基因在雄性中的表达量高于雌性,这可能是一种负反馈调节机制或功能代偿机制,而IGF基因在生长发育后期的雌性中表达量略高于雄性。
本文筛选到了半滑舌鳎雌核发育诱导的适宜条件,获得了500余尾1龄的半滑舌鳎减数雌核个体,并以半滑舌鳎雌核发育家系为材料定位了13个标记与着丝粒的遗传距离;发现了半滑舌鳎养殖群体中存在自然性逆转的伪雄鱼;初步揭示了半滑舌鳎雌雄差异生长的机制。