天然雌核发育草鱼的生物学特性研究

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草鱼是我国重要的经济鱼类之一,其2019年总产量为553万吨,是产量最高的淡水鱼类(2020年中国渔业统计年鉴)。但目前草鱼面临着种质资源退化和优良品种不充足的问题,因此,对草鱼进行遗传改良具有很强的必要性。本实验室研究团队通过草鱼(Ctenopharyngodon idellus,Leuciscinae,GC,2n=48,♀)与翘嘴红鲌(Erythroculter ilishaeformis,Cultrinae,TC,2n=48,♂)的亚科间远缘杂交获得了天然雌核发育草鱼(2n GGC,2n=48)和三倍体杂交草鱼(3n=72)。本文对2n GGC的DNA含量、染色体数目、外形特征、线粒体DNA、5S rDNA、肌肉氨基酸含量和全长转录组进行了系统研究。具体研究内容如下:1.2n GGC的DNA含量、染色体数目和形态学特征分析。在DNA含量上,GC、TC和2n GGC的平均DNA含量分别为60.59、71.31和60.41,GC与2n GGC的平均DNA含量之比约为1:1(P>0.05);在染色体数目上,GC、TC和2n GGC染色体数目均为48条,为二倍体鱼;在形态学特征上,除背鳍条数外,2n GGC与GC无显著性差异(P>0.05),与TC差异显著(P<0.01)。这些结果表明2n GGC是染色体数目为48的二倍体后代。2.2n GGC线粒体DNA全基因组测序分析。GC的线粒体DNA全长为16610 bp,TC的线粒体DNA全长16622 bp,2n GGC的线粒体DNA全长与GC相同;且2n GGC与GC的线粒体全长序列相似性为99.87%,与TC的相似性90.83%。这些结果表明2n GGC的线粒体基因组符合母系遗传规律。3.2n GGC的5S rDNA序列分析及荧光原位杂交。分别对2n GGC及亲本的5S rDNA序列进行克隆及测序,结果显示,GC、TC和2n GGC的5S rDNA重复单元大小分别为180 bp、188 bp和180 bp,其差异主要在的NTS区,长度分别为60 bp、68 bp和60 bp,且在2n GGC中发现了来源于TC的单核苷酸多态性位点;以TC的5S rDNA-188探针进行染色体定位,发现在TC中有两强和两弱的杂交信号,而在GC和2n GGC中无杂交信号。这些结果从分子和细胞水平上证明了2n GGC的两套染色体组均来自母本GC,但可能存在少量的父本遗传物质。4.2n GGC肌肉氨基酸含量测定。GC、TC和2n GGC的每100 g肌肉中的总氨基酸含量(TAAs)分别为53.74 g、63.15 g和58.76 g,其中必需氨基酸含量(EAAs)分别为19.83 g、23.57 g和23.38 g,鲜味氨基酸含量(DAAs)分别为21.20 g、25.08 g和23.56 g。这些结果表明,2n GGC的TAAs、EAAs和DAAs均高于母本,其肉质水平有明显提升。5.2n GGC的全长转录组测序和分析。利用Pac Bio Sequel测序平台对2n GGC的心、肾脏、脑、肌肉和肝脏混合样本进行全长转录组测序,共得到20.4 Gb测序原始数据,经过ICE聚类和校正后,最终得到一致性序列377,928条,总长度为845,616,752 bp,一致性序列中准确度大于99%的有198,465条,总长度为423,770,113 bp;存在五种主要的可变剪接事件,其中IR(Intron retention)事件为主要的可变剪接类型,其次是AP(Alternative position)和AA(Alternative acceptor site),AD(Alternative donor site)与ES(Exon skipping)事件占比接近;挑选了不同类型的可变剪接事件进行Sanger测序验证,验证结果与分析结果一致。本研究通过GC(♀)与TC(♂)的亚科间远缘杂交首次获得了天然雌核发育二倍体草鱼2n GGC,含有两套GC的染色体,并在一定程度上受到了父本TC的影响,其氨基酸含量较普通草鱼有显著提高。本研究有望提供新的草鱼种质资源,可进一步推动我国草鱼种业的发展。
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