应用MSAP技术研究扇贝全基因组DNA甲基化水平

DNA甲基化作为真核生物基因组重要的表观遗传学修饰,对生物体基因的表达有重要的调控作用。为获得扇贝基因组DNA甲基化修饰水平及模式等表观遗传学信息,以栉孔扇贝(Chlamys farreri)、海湾扇贝(Argopecten irradians)、虾夷扇贝(Mizuhopecten yessoensis)以及本课题组培育的"海大金贝"为材料,建立了甲基化敏感扩增多态性方法(Methylation-sensitive amplified polymorphism,MSAP)的反应体系,利用该方法对其基因组DNA CCGG区域的甲基化水平进行分析。结果表明,本研究筛选得到的引物组合可用于贝类DNA甲基化的研究,在栉孔扇贝、海湾扇贝、普通虾夷扇贝和"海大金贝"的甲基化比例分别为32.08%、25.99%、32.88%和34.97%。几种扇贝基因组CCGG序列中,胞嘧啶的全甲基化率要高于半甲基化率,推测扇贝基因组中主要的甲基化模式是CpG型。通过对"海大金贝"和普通虾夷扇贝闭壳肌甲基化谱进行比较,筛查得到46个差异位点,这些位点可能参与"海大金贝"闭壳肌积累类胡萝卜素的调控。     

中国对虾选育群体“黄海1号”和野生群体不同组织基因组DNA甲基化的MSAP分析

DNA甲基化在调节动物生长发育和组织分化中发挥了重要作用。本研究主要从酶切、预扩和选扩等方面优化了中国对虾DNA甲基化分析的MSAP技术,给出了适合中国对虾MSAP分析的最近反应程序和体系,并采用该技术分别对中国对虾选育群体"黄海1号"和野生群体的肌肉、鳃和血细胞三种组织基因组DNA的CCGG甲基化水平进行分析。研究结果表明,中国对虾野生群体肌肉、鳃和血细胞的DNA甲基化比例分别为23.1%、22.3%和19.7%,选育群体"黄海1号"肌肉、鳃和血液的甲基化比例分别为21.4%、19.6%和18.9%。鳃组织的DNA甲基化水平在两群体中差异极显著(P <0.01),肌肉间的甲基化水平差异显著(P <0.05),而血细胞中甲基化水平差异不显著(P >0.05)。中国对虾野生群体和"黄海1号"同一组织间的甲基化水平不同(P ≤ 0.05),而不同组织间的甲基化水平也各不相同(P ≤ 0.05)。DNA甲基化多态性分析表明,野生群体和选育群体"黄海1号"的鳃和血细胞组织的甲基化多态性比例变化明显,而肌肉组织甲基化水平较稳定,这些变化趋势与CCGG位点的甲基化和去甲基化有关。     

栉孔扇贝(♀)×虾夷扇贝(♂)子一代杂种优势的SRAP分析

采用新型的分子标记技术(Sequence-related amplified polymorphism,简称SRAP)对栉孔扇贝(Chlamys farreri)(♀)×虾夷扇贝(Patinopecten yessoensis)(♂)子一代及其双亲的遗传变异进行分析.从不同的引物组合中筛选出9对条带清晰、多态性丰富的组合,9对引物共产生了121条扩增带,其中多态性条带107条,平均每对引物组合产生11.89条多态标记.Shannon信息指数I分别为0.299 9、0.218 9、0.334 3,Nei's基因多样性指数h分别是0.196 4、0.141 1、0.218 9,栉孔扇贝与杂交后代的遗传距离是0.107 4,虾夷扇贝与杂交后代的遗传距离是0.228 7,聚类分析也显示了这一特点.从变异贡献率来看,3个群体的总变异中,有37.31%的变异来源于群体间,62.69%的变异来源于个体间.     

两种扇贝杂交和自交家系早期生长及甲基化的比较分析

运用杂交和自交方法建立虾夷扇贝♂(A)×栉孔扇贝♀(B)、栉孔扇贝♀(B)×栉孔扇贝♂(C)、栉孔扇贝♂(C)×栉孔扇贝♀(D)3 种组合家系, 每个组合3 个平行, 共9 个家系。对各家系卵径大小、胚胎孵化率、幼虫浮游阶段壳长生长速度等生物学参数进行比较, 建立了幼虫浮游期壳长与日龄的线性回归方程; 运用甲基化敏感扩增多态性(MSAP)分析了基因组DNA 胞嘧啶甲基化水平, SPSS 分析了DNA 甲基化与壳长生长的相关性。结果表明, 杂交家系的卵径大小、胚胎孵化率与自交组没有显著差异, 但壳长生长速度显著高于自交组, 这种优势可能主要来自于父本的影响; 家系AB、BC、CD 的平均DNA甲基化率分别为18.672%、22.661%和22.303%, 杂交使后代DNA 甲基化水平降低, 生长速度与DNA甲基化水平相关系数为?0.934, 相关水平极显著(P<0.01), DNA 甲基化与杂种优势具有一定的关系。     

虾夷扇贝TET基因在配子发生和早期发育中的表达模式

DNA甲基化参与调节动物配子发生和胚胎发育过程,TET基因负责DNA主动去甲基化,在基因印迹去除和细胞全能性获得中起重要作用。为了解海洋贝类配子发生和胚胎发育过程中DNA去甲基化如何发生,本研究以虾夷扇贝为研究对象,鉴定了其TET基因,并分析了该基因在性腺和胚胎幼虫发育中的表达变化。结果表明,虾夷扇贝基因组中含有1个TET基因(PyTET),该基因长39127 bp,包含10个外显子,编码1592个氨基酸,其蛋白具有完整的2OGFeDO超家族的加氧酶结构域。在性腺发育过程中,PyTET基因表达峰值出现在休止期精巢和增殖期卵巢,原位杂交结果显示其在精原细胞、精母细胞中均有表达,在卵母细胞中的表达明显高于卵原细胞;在早期发育过程中,其峰值出现在囊胚期。以上结果提示虾夷扇贝配子发生和胚胎发育过程中均发生了DNA主动去甲基化,这将有助于系统了解表观调控在贝类发育中的作用。     

栉孔扇贝、虾夷扇贝及其杂交子代线粒体COI和Cytb基因遗传多样性分析

为了解栉孔扇贝(Chlamys farreri)、虾夷扇贝(Patinopecten yessoensis)及其杂交子代(F1)的种群遗传多样性和遗传结构,对3个群体的线粒体COI和Cytb基因的部分序列进行了扩增和分析。经比对分别获得781bp和725bp核苷酸片段,74个样本共检测到47个单倍型;F1群体的单倍型数、单倍型多样性指数、核苷酸多样性及平均核苷酸差异数都是最高的,而双亲的较低;F1和栉孔扇贝间的遗传距离最小,其次为栉孔扇贝和虾夷扇贝群体之间,F1和虾夷扇贝群体之间的遗传距离最大;F1和栉孔扇贝之间的遗传分化系数较小而两者间的基因流比较大,F1和栉孔扇贝与虾夷扇贝之间的遗传分化系数较大而基因流较小,说明栉孔扇贝和虾夷扇贝群体群体很早就发生了遗传分化;采用UPGMA法和简化的中介网络法构建的系统树表明,3个群体的所有个体被分为2个族群,栉孔扇贝和F1交叉聚为一类,虾夷扇贝独自聚为一类,2个分支间没有交叉;使用特异性引物分别对3个群体进行PCR扩增检验,结果栉孔扇贝的特异引物能在杂交子代中扩增,而虾夷扇贝的特异引物不能在子代中扩增出条带,说明栉孔扇贝和虾夷扇贝杂交,其子代的线粒体遗传模式为严格的母系遗传。本研究结果表明杂种优势的形成与线粒体遗传多样性的变化有关。     

4种养殖扇贝的群体遗传多样性及特异性AFLP标记研究

应用AFLP技术对我国4种主要养殖扇贝进行了遗传分析.虾夷扇贝、海湾扇贝、华贵栉孔扇贝、栉孔扇贝4种养殖扇贝群体中,种内遗传相似度依次分别为0.841 5,0.786 3,0.719 0和0.673 1,香侬氏指数分别为43.52,58.87,80.16和92.83,栉孔扇贝和华贵栉孔扇贝的遗传多样性水平明显高于海湾扇贝和虾夷扇贝;AFLP标记共享位点分布表明,在4种扇贝中栉孔扇贝与华贵栉孔扇贝之间的共享位点最多,同时4种扇贝的种间遗传相似度也以栉孔扇贝和华贵栉孔扇贝之间为最高(0.769 5),海湾扇贝和虾夷扇贝之间为最低(0.662 6),揭示所研究的几种扇贝中栉孔扇贝和华贵栉孔扇贝的遗传关系最近(遗传距离为0.262 1);找到了21个种内特异性AFLP标记和种间共享标记,可用于种质鉴定和分子辅助分类.     

“黄海1号”中国对虾不同世代间的AFLP分析

采用AFLP技术对中国对虾野生群体和第9、10代选育群体的遗传多样性及遗传分化进行分析,计算了3个群体间的遗传多态度、遗传距离及分化系数.结果显示,5对引物共产生了137条带,其中多态性条带有63条,平均每对引物检测到 12.6条多态性条带.3个群体的多态位点比例分别为45.99%、40.57%和41.02%;Shannon 多样性指数分别为0.181 8,0.180 7和0.177 4;野生群体与选育群体之间的遗传距离及分化都比较大,但选育群体之间的遗传距离和分化都很小分别为0.003 1和0.020 6.结果表明,选育群体相较于野生群体多态位点比例和遗传多态度均有所下降,随着选育时间的延长,相邻世代群体间遗传距离和分化也均有所下降,出现趋同现象,显示出"黄海1号"新品种具有遗传上的稳定性.     

刺参(Apostichopus japonicus)不同组织基因组甲基化状态MSAP分析

利用MSAP技术分析成体刺参的呼吸树、肠、肌肉和体壁等组织的基因组DNA甲基化水平,获得了四个组织基因组甲基化率.甲基化水平由高到低依次是呼吸树、体壁、肌肉和肠,分别是35.77％、33.51％、32.72％和28.0％,其中全甲基化位点各占19.46％、18.39％、19.18％和15.97％.统计学分析结果显示肠组织的甲基化水平与其它组织的差异显著(P＜0.05),其余三个组织间差异不显著(P＞0.05),但呼吸树与肌肉的半甲基化水平差异显著(P＜0.05).由MSAP分析差异位点克隆得到四个甲基化特异性片段,经测序分析功能未知,推测为刺参基因足非编码区或新功能基因序列.     

香鱼(Plecoglossus altivelis)养殖群体遗传多样性的AFLP分析及性别特异性分子标记筛选

采用扩增片段长度多态性(AFLP)技术分析了香鱼(Plecoglossus altivelis)养殖群体的遗传多样性,并筛选性别特异性分子标记。结果表明,15对选扩引物组合共扩增到889个位点,其中多态性位点380个,多态率为42.74%;群体Nei氏遗传多样性指数为0.1454,Shannon氏指数I为0.2174。香鱼养殖群体的遗传多样性较丰富,处于中等偏上水平。仅引物组合E-ATG/M-CTG扩增到1条雄性特异性条带,长度为139bp。以该雄性特异性AFLP条带的DNA序列为模板,设计1对特异的PCR引物并在10尾已知性别的香鱼(雌雄各5尾)中扩增检验,结果显示5尾雄鱼均可扩增到目的条带而5尾雌鱼均无扩增。表明该序列是雄性特异性分子标记,可用于鉴别香鱼的遗传性别,并为香鱼的性别决定机制和性别控制研究奠定基础。     

凡纳对虾优良性状遗传标记的筛选

凡纳对虾(Litopenaeus vannamei)是全球三大养殖对虾名优种类之一。我国从1988年开始试养，到1998年大量引进凡纳对虾亲虾和幼体后，华南地区兴起了养殖热潮。在1999年到2000年短短两年时间内，广东、海南、广西凡纳对虾的养殖面积已达10×104亩(1亩=666.7m2)，集约化防病养殖产量普遍达到5~9t/hm2，年产量高达10~20t/hm2，其养殖面积约占华南地区对虾养殖面积的60%，普遍获得了比养殖斑节对虾更好的经济效益，成为我国继中国对虾、斑节对虾之后的又一养殖对虾种类。从凡纳对虾养殖业的长远发展战略来看，如何避免斑节对虾因病害而造成养殖业全面萎缩的情况在凡纳对虾养殖业中重演已成为重要研究内容。 美国夏威夷海洋硏究所等单位利用遗传标记辅助选育种技术进行凡纳对虾良种选育和家系培养取得了很大的成效，培育出世界著名的无特异病原(SPF)凡纳对虾亲虾，在全球对虾养殖产量下滑的形势下仍然保持良好的增长趋势，其关键是种虾的选择和家系的培育。 Garcia等(1994)利用遗传标记技术进行了凡纳对虾种群的遗传标记研究，发现种群之间具有较高水平的遗传变异，因而有潜力进行凡纳对虾良种的人工选育。 本研究利用RAPD标记技术，对目前养殖凡纳对虾不同群体进行DNA多态性研究，筛选与优良性状有关的遗传标记，为凡纳对虾优质种苗的鉴定、选育和今后遗传标记辅助选育种提供了科学依据。     

许氏平鲉(Sebastes schlegelii)速生选育群体的生长性能与遗传特征分析

本研究目的为开展许氏平鲉(Sebastes schlegelii)遗传改良和优质新品系选育,选取荣成(R)和长岛(C)的野生许氏平鲉为基础群体,采用群体选育(群体内和群体间)和家系选育相结合的方法,获得R-F1、RC-F1两个群体选育群体和R-F2、RC-F2、R-F3、RC-F3四个家系选育群体。对4个选育家系的生长性能进行比较分析,并利用20对高多态性的微卫星标记对8个群体进行遗传多样性检测。结果表明:(1)群体内和群体间家系选育子3代比家系选育子2代生长速度分别提高21.59%和30.99%。4个选育家系后代的绝对增重率随着天数的增加而上升,群体内家系选育(R-F3)的生长速度、绝对增重率显著大于群体间的杂交选育系(RC-F3),杂交系未表现出生长的杂种优势。(2)20对微卫星位点在所有群体中均表现出较高多态性,8个群体的平均有效等位基因数(Νe)为2.9849—7.9598,平均观测杂合度(oH)和期望杂合度(He)分别为0.7230—0.8405和0.6315—0.8716,平均多态信息含量(PIC)为0.6472—0.8478。经两代家系选育的R-F3和RC-F3平均等位基因数显著降低,但观测杂合度(Ho)和期望杂合度(He)均值仍达到0.7230、0.7549和0.6527、0.6315,还有维持了较高的遗传多样性水平,遗传潜力较大。Hardy-Weinberg平衡检测结果和遗传偏离指数(d)表明各群体在大约10个位点上表现出一定程度的杂合子缺失现象。群体间平均遗传分化系数(Fst)为0.1279,各群体间存在中等遗传分化程度。R与R-F1分别与RC-F3遗传距离最远(0.9959、0.9848),预测利用两组群体中生长优良个体分别进行杂交育种有可能获得杂种优势。     

凡纳滨对虾(Litopenaeus vannamei)选择育种G_0代的生长性能比较与选择效果预估

采集凡纳滨对虾(Litopenaeus vannamei)7个不同遗传背景的亲本群体,采用群体自繁或杂交方法获得11个凡纳滨对虾选育群体,分别对标准化养殖270日龄(留种阶段)后的不同群体和不同性别个体生长性能差异进行比较分析,根据Kung育种值及综合评定值评估筛选亲本群体,并对体质量性状进行选择效果预估。结果表明,11个群体270日龄体长和体质量均值分别为13.52cm和31.05g,各群体间体长和体质量性状差异均达到显著水平(P0.05);体重与体长回归关系达到极显著水平(P0.01),回归系数为0.903;分别对各交配组合雌雄群体体长体质量均值进行t-检验分析,差异均达到显著水平(P0.05);根据各群体的综合评定值大小将所有群体评定为优、良及一般3个等级,其中作为父本时优等级群体为GH♀×GH♂、ZX♀×ZX♂,而作为母本时优等级群体为GH♀×GH♂和SS♀×SS♂;进一步预估凡纳滨对虾选育G1代的综合选择反应为1.927g。本研究可为下一阶段凡纳滨对虾家系选育基础群体的构建提供生长性能资料,加快凡纳滨对虾的遗传改良进程。     

中国鲎基因组微卫星富集文库的构建及分析

本研究旨在从DNA分子水平上研究中国鲎(Tachypleus tridentatus)种群遗传多样性及种群结构等相关信息,以期为保护其野生群体种质资源提供科学依据。本研究通过生物素—磁珠富集法筛选微卫星标记,构建中国鲎基因组微卫星文库。基因组DNA经Fast Digest Tru1I酶切后,选取400 bp~1000 bp片段,用生物素标记的(GT)15、(CT)15混合探针与其杂交,杂交复合物与链霉亲和素磁珠结合,捕获含有重复序列的微卫星片段,纯化后连接PMD19-T载体克隆,构建基因组微卫星文库。从334个阳性克隆中随机选取196个片段大于400 bp的阳性克隆进行测序,共获得127个微卫星序列,其中完美型占69.3%、非完美型占11.0%、复合型占19.7%。除探针使用的GT和CT的重复序列外,还筛选到多碱基GCT、TGG、AAAC、ACAA、GATTT、TTTTA的重复序列。根据微卫星序列设计选择合成40对引物,结果显示其中3对具有较高多态性,可作为进一步评价中国鲎野生种质资源等遗传信息的有效遗传标记。     

虾夷扇贝不同性别类型2 个Dmrt基因DM 结构域分析

为探讨虾夷扇贝(Patinopecten yessoensis)性别决定和雌雄同体形成的分子机制,利用兼并引物,以闭壳肌基因组DNA为实验材料,扩增和克隆了虾夷扇贝Dmrt基因的DM结构域,雌性、雄性和雌雄同体3种性别共获得2个具有不同DM序列的克隆,序列长度均为141bp,分别命名为Py Dmrt3和Py Dmrt4。Py Dmrt3在3种性别类型中均有克隆,而雄性中还克隆出Py Dmrt4。结果表明,在虾夷扇贝不同性别中,Dmrt基因家族的成员可能会有不同;雄性py Dmrt3的DM结构域核苷酸和氨基酸变异频率高,其次是雌雄同体,雌性的较保守,与其他软体动物DM结构域比对,该基因家族在进化上仍然高度保守,由此推测,部分雄性可能是发生了性逆转的雌雄同体,这种较高的变异性可能也是雌雄同体的一个特点,Py Dmrt4可能参与调控雄性性别的形成。     

半滑舌鳎(Cynoglossus semilaevis)幼鱼生长性状和底色的表型和遗传参数估计

半滑舌鳎是重要的经济鱼类,已经被广泛推广养殖,致力于养殖方面的研究开展了很多工作,但是对半滑舌鳎生长性状进行准确遗传评估的研究还未见报道。为了对生长性状进行准确的遗传参数估计,本次研究以80个半滑舌鳎家系为研究对象,对半滑舌鳎早期生长性状（包括个体全长、体宽和体质量）进行分析。另外还将鱼体底面纯白与否（命名为底面颜色）作为一个性状进行研究。结果表明,四个性状都属于中等遗传力（全长为0.210、体宽为0.259、体质量为0.268、底面颜色为0.362）。三个生长性状之间具有很高的遗传相关性（0.913-0.959）,表明如果三个性状进行间接选择的话,将会取得较好效果。底面颜色性状与三个生长性状均为正遗传相关,相关系数在0.241-0.353之间,由此可知,对底面颜色进行选择时,可以加强生长性状的选择效果。通过家系育种值排序,初步筛选出了生长性状优良遗传背景丰富的16个全同胞家系,将作为亲鱼繁殖后代。本研究为半滑舌鳎优良品种的成功培育提供了重要基础资料。     

羊栖菜养殖品系DNA指纹图谱的研究

对羊栖菜(Hizikia fusiformis (Harv) Okamura)养殖中常见的3个品系进行了DNA指纹分析及遗传变异的研究,构建了其遗传指纹图谱,分析了不同种群的遗传关系,为羊栖菜的种质鉴定及选育提供了理论依据.运用RAPD分子标记技术,对5个羊栖菜的种群中共125个个体进行了分析,从300个引物中筛选出12条随机扩增引物共扩增135个位点,多态位点比率为84.4%.从中选择了4个多态性位点,构建了DNA指纹图谱.相关结果对羊栖菜遗传选育和种质鉴定等有参考价值.