蝦夷扇貝(Patinopecten Yessoensis)近交衰退的生物學(xué)效應(yīng)及遺傳機(jī)理研究.pdf

1、近交衰退作為一種重要的遺傳學(xué)現(xiàn)象,在動(dòng)植物中廣泛存在。由近交而引起的生物適應(yīng)性衰退一直是進(jìn)化生物學(xué)、物種保護(hù)和育種等領(lǐng)域的研究重點(diǎn)。海洋雙殼貝類由于其高繁殖力及多樣交配系統(tǒng),正逐漸成為研究近交衰退的良好模式生物。蝦夷扇貝(Patinopectenyessoensis)是我國(guó)北方重要的經(jīng)濟(jì)養(yǎng)殖貝類,近年來(lái)養(yǎng)殖群體出現(xiàn)了一定的近交現(xiàn)象,本研究從性狀、基因組和轉(zhuǎn)錄組三個(gè)水平對(duì)蝦夷扇貝近交衰退的表現(xiàn)、可能的遺傳機(jī)制、表達(dá)譜特點(diǎn)等方面進(jìn)行研究。<

2、br>　　1.蝦夷扇貝近交衰退的生物學(xué)效應(yīng)
　　蝦夷扇貝通常是雌雄異體,但在養(yǎng)殖群體中發(fā)現(xiàn)了一定比例的雌雄同體現(xiàn)象。本研究利用雌雄同體的蝦夷扇貝構(gòu)建了近交系數(shù)為0.5的自交家系,同時(shí)構(gòu)建了近交系數(shù)為0.25的F2代家系和普通對(duì)照家系,通過(guò)記錄不同近交系數(shù)、在生活史不同階段的不同性狀分析蝦夷扇貝中的近交效應(yīng)。研究發(fā)現(xiàn)不同的近交系數(shù)對(duì)衰退率的影響不同:自交系孵化率的衰退是F2代的6.2倍,自交系幼蟲不同階段存活率、生長(zhǎng)性狀的衰退較F2

3、家系也分別提高了3.7~7.8、1.5~3.1倍。不同性狀在近交衰退中的表現(xiàn)也不同,與適應(yīng)性聯(lián)系緊密的性狀如孵化率、存活率等的衰退要比生長(zhǎng)性狀嚴(yán)重的多,并且都隨著時(shí)間的推移更加嚴(yán)重。當(dāng)F提高10％時(shí),生活史不同時(shí)期的存活率衰退率在7.84%~15.85%之間,而生長(zhǎng)性狀的衰退僅有0.93%~5.13%。適應(yīng)性性狀和生長(zhǎng)性狀可能受不同位點(diǎn)、不同方式調(diào)控,生長(zhǎng)性狀可能是受微效多基因的加性效應(yīng);而適應(yīng)性性狀可能受一些主效基因控制,同時(shí)也受與生

4、理活性相關(guān)的小效應(yīng)位點(diǎn)控制,并且位點(diǎn)間還存在明顯的上位和互作效應(yīng)。本研究還從清除遺傳負(fù)荷的角度探討了淘汰有害基因的可能性,認(rèn)為近交衰退很可能是海洋生物維持高雜合度的一種驅(qū)動(dòng)力。
　　2.基于自交家系的遺傳連鎖圖譜構(gòu)建和標(biāo)記偏分離分析
　　本研究利用高通量全基因組SNP分型技術(shù)2b-RAD,以蝦夷扇貝自交系96個(gè)F1代個(gè)體為作圖群體,構(gòu)建了蝦夷扇貝SNP高密度遺傳連鎖圖譜。圖譜包含1289個(gè)SNP標(biāo)記,19個(gè)連鎖群,總長(zhǎng)度16

5、33.87cM,標(biāo)記平均間隔為1.29cM,圖譜覆蓋率為98.3%。對(duì)所有分型標(biāo)記進(jìn)一步分析,發(fā)現(xiàn)有58.8%的標(biāo)記偏離孟德爾分離比。配子偏分離(50.96%)與合子偏分離(49.04%)的比例大致相當(dāng)。合子偏分離基本可以分為雜合子過(guò)剩(43.79%)與純合子缺失(45.10%),進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)一部分雜合子過(guò)剩很有可能是由于連鎖的有害等位基因造成的。圖譜中306個(gè)偏分離標(biāo)記幾乎都聚集在11個(gè)連鎖群上的17個(gè)偏分離聚集區(qū),進(jìn)一步說(shuō)明這些偏

6、分離標(biāo)記很可能與重要基因或位點(diǎn)緊密連鎖。將這些顯著偏分離位點(diǎn)與蝦夷扇貝基因組進(jìn)行比對(duì)、注釋,有超過(guò)100個(gè)位點(diǎn)有注釋信息,功能富集分析表明這些基因很有可能與對(duì)環(huán)境壓力的適應(yīng)性應(yīng)答有關(guān)。本研究結(jié)果首次從全基因組范圍表明偏分離現(xiàn)象有聚集成區(qū)的趨勢(shì),可能是由大效應(yīng)位點(diǎn)造成的。顯性效應(yīng)、超顯性效應(yīng)可能都起作用,但超顯性效應(yīng)可能并不完全真實(shí)。本研究為扇貝的近交衰退遺傳機(jī)制研究提供了重要的理論依據(jù)。
　　3.自交家系與對(duì)照群體的表達(dá)譜差異研究

7、
　　選取越冬初期的兩個(gè)自交家系和一個(gè)對(duì)照群體各5個(gè)個(gè)體,對(duì)閉殼肌組織進(jìn)行了RNA-Seq文庫(kù)的構(gòu)建和表達(dá)譜分析。利用蝦夷扇貝基因組及基因組注釋信息進(jìn)行標(biāo)簽分析,共檢測(cè)到了17087個(gè)基因有表達(dá)。兩個(gè)自交組與對(duì)照比較后共找到2055個(gè)差異基因,其中1629個(gè)(79.3%)有注釋信息。828個(gè)基因在自交組中表現(xiàn)為上調(diào)(50.8%),776個(gè)基因在自交組中表現(xiàn)為下調(diào)(47.6%),自交組整體基因表達(dá)下調(diào),表現(xiàn)在下調(diào)基因的下調(diào)幅度更高。

8、有493個(gè)差異基因在兩個(gè)自交組中共有,與對(duì)照組相比這些基因的變化趨勢(shì)幾乎一致,只有24個(gè)基因(4.8%)表現(xiàn)出相反的趨勢(shì)。GO注釋及富集分析表明,差異基因主要與蛋白合成代謝、核酸代謝、脂類代謝、氧化磷酸化、免疫防御解毒和細(xì)胞骨架等功能相關(guān)。進(jìn)一步的分析表明,下調(diào)基因顯著富集在與生長(zhǎng)顯著相關(guān)的EGF家族基因,而上調(diào)基因參與了各種宏觀蛋白表達(dá),本研究結(jié)果說(shuō)明了 EGF相關(guān)蛋白表達(dá)的降低是造成生長(zhǎng)性狀衰退的主要原因,而上調(diào)的蛋白表達(dá)則有可能是