实验红鲫标准化关键技术研究和转录组分析

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目的:1.根据实验红鲫标准化的要求,进一步筛选和建立实验红鲫C1HD系微卫星DNA分子标记,并以此微卫星标记做种群遗传纯合度分析。2.根据实验红鲫标准化的要求,建立实验红鲫水族箱标准化饲养和繁殖的方法,并优化用于实验红鲫近交系保种的雌核发育繁殖方法。3.为推广实验红鲫应用,探索实验红鲫用于核辐射生物效应研究,筛选实验红鲫对核辐射敏感的miRNA生物标志物。方法:1.利用红鲫全基因组序列信息,采用生物信息学分析技术提取实验红鲫1-6个碱基重复序列的微卫星DNA序列,使用primer 5设计引物进行PCR扩增,以8%非变性聚丙烯酰胺凝胶电泳区分PCR扩增产物的目的片段,对其中特异性条带进行测序及验证,并与其近缘物种(金鱼、青鲫、杂交红鲫及鲤鱼等)进行比较,筛选出实验红鲫C1HD系特异性的微卫星分子标记,并以此微卫星标记对实验红鲫C1HD系进行雌核发育试验种群的遗传纯合度分析。2.通过室内水族箱与室外小鱼池及水族箱不同水质环境条件的比较研究,分析光照、仿生态造景、水流等综合环境因素对实验红鲫生长发育和繁殖的影响,综合比较实验红鲫不同实验组合的养殖效果。设置5个室内实验组合及1个室外实验组,分别为第1组(光照、仿生态造景、水流)、第2组(光照、仿生态造景、无水流)、第3组(光照、无造景、水流)、第4组(无光照、仿生态造景、水流)、第5组(无光照、无造景、无水流)、第6组(室外组),其中第1组是按照标准化饲养要求设置的,各组分别饲养实验红鲫1年;饲养过程中动态测量并分析各组实验红鲫的生长指标、分类形态学指标,并通过组织石蜡切片观察各组实验红鲫性腺和其它主要器官发育的组织学特点。3.基于本实验室前期研究实验红鲫雌核发育所建立的技术方法,对其中用于亲鱼催产、精子DNA灭活、受精卵染色体加倍等关键指标参数进行进一步的优化研究。对LRH-A2、HCG、DOM等三种常用催产剂进行催产效应实验,筛选催产效果最好的催产方法;对精子紫外线灭活时间、受精卵冷休克时间及温度等采用梯度试验,以受精率、出苗率及鱼苗存活率为指标,筛选最佳的时间及温度参数。4.通过过生物辐照仪操作,实验红鲫经总剂量为0.3 Gy的137Cs一次性全身辐照,取辐照组和对照组的肝脏组织进行组织学石蜡切片观察及miRNA转录组测序,对测序数据采用生物信息学分析方法筛选出差异表达显著的miRNAs,预测其靶基因并进行GO功能注释分析及KEGG功能富集分析,再通过q-PCR对差异表达miRNA进行表达量验证,最终确定实验红鲫对辐射敏感的miRNA生物标志物。结果:1.实验红鲫微卫星DNA分子标记研究:⑴红鲫全基因组中,微卫星分布类型以单纯型为主,占比81.6%;而单纯型中重复单元则主要为单碱基、二碱基,占比分别为54.8%、33.5%。⑵从红鲫全基因组序列信息随机筛选出1000个微卫星位点,经PCR扩增且重复得到条带清晰且相对稳定的19个位点。其中,编号SSR-2、SSR-4、SSR-20、SSR-21、SSR-86、SSR-142、SSR-434、SSR-763、SSR-788等9个微卫星位点为实验红鲫品系特异性位点。⑶以实验红鲫9个特异性位点进行种群遗传分析显示,本次雌核发育试验繁殖的实验红鲫种群与琉金、杂交红鲫、洞庭湖鲫及锦鲤等的Nei’s遗传距离分别为0.6760、0.4842、0.7344、2.1358,Nei’s遗传相似度分别为0.5082、0.6162、0.4798、0.1181,据此可作鉴别。⑷以实验红鲫9个特异性位点做群体遗传纯合度分析得出,本次实验红鲫雌核发育试验种群的平均观测纯合度为0.53,平均Nei’s期望杂合度为0.33。2.实验红鲫养殖试验:⑴实验红鲫在室内水族箱和室外小鱼池的环境中均能饲养成活和生长,并能发育到性成熟。⑵实验红鲫在水族箱中的生长速度快于室外鱼池(p<0.05);其中各组生长速度对比由快到慢是:第4组>第1组>第3组>第5组>第2组>第6组(室外组)。⑶实验红鲫体重与体长成正相关且相关性高,各组体重与体长相关系数分别是:第1组为0.9860、第2组为0.9850、第3组为0.9792、第4组为0.9742、第5组为0.9724、第6组为0.9907。⑷实验红鲫性腺发育情况是:饲养在室内水族箱的实验鱼性成熟比室外鱼池的略慢,但均能在1年龄达到性成熟。其中,室内水族箱的第1组实验鱼性腺发育比室内其它组相对较快。从7月龄时实验红鲫性腺切片观察看,室内组中第1组实验红鲫发育最快,性腺发育处于Ⅲ期时相;从9月龄时实验红鲫性腺切片观察看,各组性腺均已发育到成熟的IV期时相。⑸各组实验红鲫的形态学和其他主要器官发育均正常且无差异。3.雌核发育优化试验:⑴使用LRH-A2+HCG+DOM等3种催产剂联合使用的效应时间约8 h,效率最优。⑵镜鲤精子用2盏15 W紫外灯距离12 cm灭活45 min的受精率为49.23%,效果较佳。⑶受精卵冷休克30 min与35 min的鱼苗成活率分别为0.07%、3.09%,差异显著;冷休克温度为3.0℃,受精率及出苗率较好。4.辐射后实验红鲫的转录组测序分析:⑴辐射组织切片结果表明,实验组肝细胞发生核固缩,但体表无可见损伤。⑵肝脏miRNA转录组测序数据分析显示,实验组与对照组6个样本的基因组比对率分布在96.58-97.87%,已知miRNA比对率分布在62.07-70.52%,比对得到789个已知miRNA及995个新预测miRNA。⑶差异表达分析中检测到34个差异表达显著的miRNA(p<0.05),其中16个表达上调,18个表达下调。编号为abu-miR-152、abu-miR-19b、ssa-miR-125b-2-3p、dre-miR-18c、dre-miR-126a-3p、gmo-miR-27d-3p、dre-miR-9-7-3p、gmo-miR-140-5p等8个miRNA的差异表达最显著(p<0.01)。结论:1.编号为SSR-2、SSR-4、SSR-20、SSR-21、SSR-86、SSR-142、SSR-434、SSR-763、SSR-788等9个微卫星位点具有实验红鲫C1HD系的品系特异性,可用于鉴别实验红鲫与其近缘物种(琉金、杂交红鲫、洞庭湖鲫、锦鲤)。2.按照标准化要求设置实验室水族箱的饲养环境与方法为:以大于120 cm×45 cm×70 cm规格水族箱饲养实验红鲫,密度为180尾/m3(体长50 mm),用曝气3 d以上的自来水,光照(150 LX、12 h/12 h)、仿生态布景及水流(12 h/12h)等环境条件,维持水温18-24℃,实验红鲫能正常生长发育和正常繁殖。3.采用LRH-A2+HCG+DOM(3 ug/Kg+800 U/Kg+2 mg/Kg)催产,2盏15W紫外灯距离12 cm灭活镜鲤精子45 min、受精卵以3℃左右冷休克35 min,可获得实验红鲫较好的雌核发育繁育效果。4.实验红鲫经0.3 Gy的137Cs辐射处理后,体表未见损伤但肝细胞核发生核固缩;肝转录组中筛查得到34个差异表达明显的miRNA,其中编号为abu-miR-152、abu-miR-19b、ssa-miR-125b-2-3p、dre-miR-18c、dre-miR-126a-3p、gmo-miR-27d-3p、dre-miR-9-7-3p、gmo-miR-140-5p等8个miRNA或可作为实验红鲫对辐射敏感的生物标志物。
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