卵形鲳鲹耐低氧性状遗传基础研究

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卵形鲳鲹(Trachinotus ovatus)作为中国南方沿海地区重要的经济鱼类之一,具有重要的经济价值。由于有害藻华的暴发、潮水交换不及时和寄生虫爆发等原因造成的水体缺氧时有发生,给卵形鲳鲹养殖业造成了巨大的经济损失。卵形鲳鲹养殖多采用海上网箱养殖方式,当水体溶解氧水平下降时,对于开放式水域并没有很好的抢救措施,因此选育有较强耐低氧能力的卵形鲳鲹具有重要意义。随着高通量测序技术的发展,分子标记辅助育种广泛应用在水产动物选择育种中,相比较传统的育种方法它具有育种周期短、育种成本低和准确性高等优点。本研究基于卵形鲳鲹重测序技术采用全基因组关联分析的方法对耐低氧性状进行关联分析,筛选与耐低氧性状显著关联的分子标记(SNP和InDel),并对不同低氧处理时间的鳃组织进行转录组分析,进一步从分子的角度解析低氧胁迫对卵形鲳鲹的影响,以期为卵形鲳鲹耐低氧性状的遗传改良提供重要的技术支撑。其主要结果如下:(1)本研究中以卵形鲳鲹在低于窒息点的溶解氧环境中的存活时间作为衡量其耐低氧能力的指标,对500尾卵形鲳鲹进行耐低氧能力的测定。按照其死亡先后顺序分为两组,死亡顺序的前10%为低氧敏感组,后10%为低氧耐受组。将两组100尾卵形鲳鲹进行基因组重测序,采用全基因组关联分析的方法挖掘与卵形鲳鲹耐低氧性状显著关联的SNP,并对潜在的候选基因挖掘。研究结果表明,4个SNP标记与卵形鲳鲹耐低氧性状显著关联。通过对显著性SNP位点上下游50 Kb的区域注释与耐低氧性状相关的候选基因,共检测到16个与耐低氧性状相关的候选基因。并且,在验证群体中,4个与耐低氧性状显著关联的SNP位点中的3个SNP位点不同基因型的个体的存活时间差异显著,与全基因组关联分析结果一致。3个SNP位点中,SNP24101852和SNP24194184不同基因型个体的存活时间差异极显著(P<0.01),SNP9934726不同基因型个体的存活时间差异显著(P<0.05)。(2)本研究旨在基于卵形鲳鲹基因组重测序数据,通过比较敏感组和耐受组的InDel数据,挖掘与耐低氧性状显著关联InDel位点,并探讨与耐低氧性状相关的候选基因。结果表明,测序共获得693.48 Gb数据,其中Q30的平均值为90.8%,注释分析发现了共2574178个InDel位点。敏感组所特有的InDel位点共249395个,其中有2209个位于外显子上,发现在核苷酸切除修复信号通路和细胞黏着分子中存在变异基因。通过将InDel位点与耐低氧性状关联分析,结果发现了 3 个 InDel 位点(InDel22883061,InDel24919481 和 InDel14451779)接近显著性阈值,另外对InDel位点进行注释分析获得了 9个候选基因。筛选到的InDel位点对后期分子标记选择育种的选择和鉴定有重要价值。(3)本研究为了探究低氧环境影响卵形鲳鲹生命活动的分子机制,对正常氧组、低氧处理组和溶解氧恢复组3组不同时间点卵形鲳鲹的鳃组织进行转录组测序,分析了卵形鲳鲹在不同低氧环境下鳃组织的基因表达模式。研究结果发现,低氧处理8h的差异表达基因数量最多,是卵形鲳鲹受到低氧胁迫的关键时间点。低氧胁迫后,趋化因子、趋化因子受体、白细胞介素、补体因子等免疫因子相关基因显著下调,这可能是鱼类在缺氧环境下易受病原体感染的原因。通过对差异表达基因进行KEGG通路分析,许多下调的基因显著富集在类固醇生物合成、黏着斑以及细胞外基质-受体相互作用信号通路中,这些信号通路影响细胞信号转导、黏附和凋亡。与低氧处理组相比,溶解氧恢复组中与吞噬和蛋白降解相关基因的表达量上调,糖酵解途径相关基因的表达量下调。这些结果表明,在溶解氧水平恢复后,鱼体通过快速去除错误折叠的蛋白质来修复低氧引起的损伤,糖酵解途径在低氧胁迫过程中为鱼体提供能量发挥重要作用。这些结果为进一步了解卵形鲳鲹适应缺氧环境机制提供了依据。
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