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杂种优势(Heterosis)是一种复杂的生物学现象,杂交子代常常表现出优于亲本的表型特征。杂种优势的利用已成为我国提高鱼产量和改进鱼品质的重要途径之一,然而关于鱼类杂种优势的分子调控机制研究尚处于初级阶段。为了全面解析鱼类杂种优势的分子机制,本文以相同环境培育下的杂交黄颡鱼“黄优1号”(Hybrid yellow catfish“Huangyou-1”,H)及其母本黄颡鱼(Pelteobagrus fulvidraco,F)和父本瓦氏黄颡鱼(Pelteobagrus vachelli,M)为研究对象,运用第二代测序技术(mRNA组和micro RNA组)和基于TMT蛋白定量分析技术从转录、转录后调控及蛋白水平对杂交黄颡鱼“黄优1号”杂种优势的分子遗传机制进行研究;然后研究了嗜水气单胞菌(Aeromonas hydrophila)、鮰爱德华氏菌(Edwardsiella ictaluri)感染下杂交黄颡鱼“黄优1号”及其亲本的免疫相关基因SOCS(Suppressors of cytokine signaling)的应答情况,从而综合解析杂交黄颡鱼“黄优1号”杂种优势的分子机制。该研究结果不但对鱼类杂种优势的有效利用和鲿科鱼类杂交育种研究具有重要的理论意义和实用价值,而且为今后解析其他鱼类的杂种优势遗传机制研究提供了理论基础。具体研究结果如下:1.多组学联合分析杂交黄颡鱼“黄优1号”的杂种优势(1)mRNA组(mRNA-seq)、miRNA组(miRNA-seq)和TMT蛋白组学测序(TMT proteomics):共鉴定出57,710个基因、818个miRNA和4,528个蛋白,其中大比例的差异基因(DEG)、差异miRNA(DEM)和差异蛋白(DEP)表现出加性(Additive)遗传模式,非加性(Nonadditive)差异基因/蛋白的KEGG通路多数显著富集于免疫防御、抗氧化能力、物质代谢以及消化和吸收等方面(P<0.05)。(2)差异表达谱分析:M-H和F-H间超过67%的DEG/DEM/DGP与M-F重叠,表明杂交子代与其亲本间的差异大部分来源于亲本之间的差异,暗示H杂种优势的遗传模式为亲本表达水平优势(Expression level dominance,ELD)模式。(3)差异表达模式探究:将差异表达谱分为12类可能的差异表达模式,其中多数表现为ELD模式(ELD-F和ELD-M;>67%),对ELD和transgressive调控基因/蛋白质进行KEGG通路富集性分析,发现与非加性差异表达基因/蛋白质富集了类似的通路(P<0.05),包括免疫防御、新陈代谢、消化和吸收、细胞增殖和发育等方面,而这些通路恰恰与H杂种优势的表型密切相关。(4)联合分析及验证:基于ELD-F、ELD-M和transgressive regulation的差异表达谱进行联合分析,共发现96个相互作用的miRNA-mRNA-蛋白质pairs,并通过q RT-PCR和平行反应监测技术(PRM)针对6对与发育、代谢、免疫反应、消化和吸收相关的pairs进行分析验证,以上数据反映了基因/蛋白质的高亲本表达(生长、营养、摄食和疾病抵抗力)与miRNA的低亲本表达均遗传自母本或父本,暗示着子代可能遗传了父本或母本的优势,使H能够在生长、抗病力、营养成分等方面表现出杂种优势。2.两种致病菌感染下杂交黄颡鱼“黄优1号”及其亲本的SOCS基因的表达研究(1)黄颡鱼、瓦氏黄颡鱼和杂交黄颡鱼“黄优1号”的SOCS1、SOCS2和SOCS3基因在鳃、心、肌肉、脑、头肾、肝、肠、脾8种组织均有分布,但存在一定的组织特异性。(2)在嗜水气单胞菌或鮰爱德华氏菌感染后,杂交黄颡鱼“黄优1号”及其双亲的SOCS1、SOCS2和SOCS3基因在肝、鳃和头肾组织的表达量均在早期显著升高(P<0.05),然后逐渐恢复至正常水平,这可能与细菌感染后趋化因子的大量表达有关。其中,鮰爱德华氏菌感染后杂交黄颡鱼“黄优1号”的SOCS1、SOCS2和SOCS3基因在肝、鳃和头肾组织的表达量均高于双亲(P<0.05),可见杂交黄颡鱼“黄优1号”的免疫调节能力更强。此外,杂交黄颡鱼“黄优1号”SOCS1、SOCS2和SOCS3基因在肝和头肾组织到达峰值的时间早于母本或父本,说明杂交群体的肝和头肾组织对病原菌的感染更为敏感,即菌感染后SOCS基因表达的敏感性具有组织特异性,且杂交黄颡鱼“黄优1号”非特异免疫系统的效率相对较高。由此说明,杂交黄颡鱼“黄优1号”及其双亲的SOCS1、SOCS2和SOCS3基因在非特异性免疫过程中发挥重要作用,且杂交黄颡鱼“黄优1号”的抗菌能力优于双亲。