鲤低氧适应性状的基因组学初步分析

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低氧适应是水产养殖物种的重要性状,低氧胁迫严重影响鱼类的行为活动、生理生化、发育繁殖,阻碍水产养殖业的健康发展,探寻用于改良低氧适应性状的分子标记及候选基因具有重要的产业应用价值。全基因组关联分析(Genome-wide association study,GWAS)在动植物数量性状和质量性状的关联标记和基因的发掘研究中被广泛应用。本研究通过鲤低氧适应性状的全基因组关联分析,筛查低氧适应性状的关联SNP位点,定位低氧适应性状的关联基因。转录组测序分析(RNAseq)通过研究生物在不同状态下的基因表达量,筛选出差异表达基因,发掘基因功能。本研究通过应用Illumina Hi Seq TM 2500技术对鲤肝脏和肌肉组织转录组进行测序分析,通过常氧和低氧胁迫处理比较进行低氧适应相关基因差异表达及其通路富集分析,目的在于揭示与低氧适应性状相关的基因及其调控网络,在分子水平上对鱼类低氧适应性状进行解析。主要研究结果如下:(1)全基因组关联分析:通过对松荷鲤的养殖群体开展了低氧胁迫实验,选取了低氧敏感和低氧耐受的极端性状的91个个体作为研究对象,应用鲤鱼250K高通量分型芯片进行基因分型,经过数据质控后获得90个样本的87222个多态性SNPs位点的分型结果。通过GWAS分析筛选到4个低氧适应性状显著性关联的位点(carp229220、carp195901、carp001519、carp063890),在显著性关联位点附近定位了traf4、prdx5等23个可能与低氧适应性状关联的基因,此外还筛选到了7个潜在关联的SNP位点(carp000442、carp088568、carp195897、carp188137、carp110811、carp001038、carp051623),曼哈顿图显示4个显著性关联位点与7个提示性关联位点成簇分布,大部分位于41号染色体上,表明该基因组区域可能存在与低氧适应性状密切关联的基因。本研究初步获得了鲤低氧适应性状相关联的基因组区间,为后续效应基因精细定位奠定了基础。(2)转录组测序分析:通过对同池饲养的全同胞松浦镜鲤、全同胞荷包红鲤抗寒品系、半同胞F1养殖群体开展低氧胁迫实验,选取体型完好,体质健康的个体进行常氧对照和低氧胁迫处理,采集肝脏和肌肉组织样本提取RNA,采用Illumina Hi Seq测序方法进行转录组测序,本研究以|log2FC|≥2和pvalue<0.05作为筛选差异表达基因的条件,差异表达基因分析结果表明,松浦镜鲤、荷包红鲤抗寒品系、F1的肌肉和肝脏组织中筛选到的差异表达基因数量分别为610、314、504、849、231、469;包括典型的低氧适应相关因子hsp70、vegf-a、epor、hif1-α等,此外根据松浦镜鲤低氧耐受能力强于荷包红鲤抗寒品系的观测值,在松浦镜鲤中筛选到特异性表达基因creb5、thbs2、apoeb、rhobtb3、fos-fox、mfsd2ab、rtkn2、pik3r3、kif20b、ncam2、klf7、slc2a13、arf4、parpbp,推测其可能与低氧耐受表型有关。GO功能富集分析结果显示功能条目数分别有163、147、116、47、108、109条;KEGG通路富集分析结果显示,显著富集的通路分别有99、47、43、117、51、86条。
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