金钱鱼基因组精细图谱绘制及性别特异分子标记开发

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金钱鱼(Scatophagus argus)俗名金鼓,是我国东南沿海很受欢迎的经济养殖品种。其生长具有明显的性别二态性,雌鱼的生长速度快于雄鱼。同时,雄性金钱鱼体色艳丽,具有观赏价值。然而,目前还未见其单性苗种培育报道,遗传基础研究也相对薄弱,缺乏基因组信息,为金钱鱼性控育种和良种选育带来了极大的困难。本研究首先利用第二代测序技术对金钱鱼基因组特征进行了评估,然后利用PacBio和Hi-C测序技术组装出了覆盖度为99.73%的染色体水平参考基因组。完成了基因组基因注释,开展比较基因组学分析,解析了金钱鱼适应环境的部分生物学特征。此外,利用雌雄基因组数据,成功开发了可快速鉴定金钱鱼遗传性别的分子标记,为金钱鱼性控育种提供重要的技术支持,也为金钱鱼性别决定机制研究奠定了基础。研究结果如下。1、使用Illumina测序技术对1雌1雄金钱鱼进行基因组测序,根据K-mer分析,评估金钱鱼基因组大小约为600 Mb,杂合度为0.37%-0.38%,重复序列含量为26.99%-27.06%。对基因组中微卫星数量和分布特征进行分析,二碱基重复是金钱鱼基因组最丰富的微卫星类型。将dmrt1开放性阅读框序列(ORF)比对到雌雄基因组,发现dmrt1仅存在于雄鱼基因组中,从基因组层面证实了dmrt1为金钱鱼雄性特异的性别决定候选基因。2、结合PacBio和Hi-C测序技术对雌性金钱鱼进行基因组测序,经组装获得了572.42 Mb染色体水平的金钱鱼参考基因组,scaffold N50为24.67 Mb,99.73%(570.88 Mb)的序列挂载到24条染色体。BUSCO评估基因组完整性约96.97%。基因组基因注释获得24,256个预测基因,绝大部分(96.30%)预测基因得到功能注释。利用基因组单拷贝直系同源基因做比较基因组分析,免疫相关的基因家族发生了扩张,如免疫球蛋白和主要组织相容性复合体家族,可能是金钱鱼具有较强抗病能力的遗传分子基础。3、基于雌雄金钱鱼基因组数据,比较分析Y染色体特异的dmrt1与X染色体特异的dmrt1b的基因序列,根据性染色体序列差异,成功筛选出1对可快速鉴定金钱鱼遗传性别的分子标记,并建立了快速鉴定金钱鱼遗传性别的方法。综上所述,本研究获取了高质量的金钱鱼参考基因组,同时从基因组水平证实其性别决定候选的基因为雄性特异dmrt1,并开发了快速鉴定金钱鱼遗传性别的方法,为金钱鱼分子标记辅助育种提供重要的技术支撑,也为金钱鱼性别决定基因、性染色体进化等研究奠定了基础。
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