海湾扇贝(Argopecten irradians)♀×紫扇贝(Argopecten purpuratus)♂杂种优势遗传基础的研究

摘要

杂种优势作为一种重要的遗传学现象，普遍存在于自然界中，其在农业生产中已得到了广泛的应用，并取得了举世瞩目的成就。关于杂种优势的遗传机制，争论了近一个世纪未得到统一的结论，而高通量测序技术的发展为其提供了新思路和新方法。海洋贝类是我国重要的海水养殖品种，海湾扇贝(Argopectenirradians)和紫扇贝(Argopecten purpuratus)的成功杂交，不仅促进了贝类养殖业的发展，也为贝类杂种优势的研究提供了新的材料。本研究分别从基因组和转录组水平上对海湾扇贝、紫扇贝及其杂交贝进行了研究，为贝类杂种优势研究提供更多的线索和参考。
　　1.海湾、紫贝和海紫杂交贝基因组Survey分析
　　本研究分别构建了海湾扇贝、紫扇贝及其杂交子代的180 bp基因组短插入片段文库，并进行了Solexa双末端测序，共得到测序数据108.8Gb，测序深度分别为29，29和20。利用该数据对三种扇贝进行了基因组基本特征的分析，包括基因组大小、杂合度、重复序列、GC含量等。杂交贝的基因组大小约是海湾扇贝和紫扇贝之和，且其基因组杂合度极低，如同一个单倍体，推测其分别继承了两亲本的各一套染色体且未发生大规模染色体丢失或加倍现象。重复序列及GC含量方面三种扇贝未表现出较大差异。利用SOAPdenovo对三种扇贝进行了基因组拼接，对拼接后的序列进行了比较基因组分析，海湾扇贝与紫扇贝表现出了较大的基因组差异，这种差异性很可能与杂种优势的产生有关，而杂交贝在基因组上与紫扇贝更为接近，表现出一定的偏好性。
　　2.海紫杂交和海湾自交家系标记偏分离分析
　　本研究构建了一个海湾扇贝×紫扇贝杂交家系和一个海湾自交家系，并对两个家系进行了2b-RAD文库的构建和Solexa测序，利用RADtyping软件对两家系的亲本和各子代进行了SNP分型，并进行了偏分离分析。杂交家系中共获得1696个SNP，平均54.5％偏离孟德尔分离比(P＞0.05);对于Aa×Aa类型偏分离标记的分析结果显示，81.1％是由合子选择造成的，9.4％是由配子选择造成的。自交家系中共获得4058个SNP，59.8％发生偏分离，其中配子选择偏分离占25.6％，合子选择偏分离占67.9％。对两家系中的合子选择偏分离的进一步分析发现，显性效应和超显性效应同时存在，且显性效应在两家系中都占有较大比例。将两个家系的SNP进行对应，获得共享SNP1149个。对这部分标记在两家系中的分离统计发现，既存在偏分离方向相同的位点，偏分离程度一致或不一致，也存在偏分离方向相反的位点，表明了杂种优势与近交衰退间相通性和相异性。
　　3.高密度遗传连锁图谱的构建及重要经济性状的QTL定位
　　本研究分别构建了海紫杂交家系和海湾自交家系的高密度遗传连锁图谱。其中杂交家系中，海湾扇贝的遗传连锁图谱包含2994个标记，覆盖16个连锁群，每个连锁群含有100到293个标记不等，平均每个连锁群具有187个标记，图谱总长度为948.0cM，平均图距达到0.32cM，图谱覆盖率达到99％，该图谱是目前海湾扇贝中分辨率最高的。紫扇贝的遗传连锁图谱包含1583个标记，覆盖16个连锁群，每个连锁群含有25到176个标记不等，平均每个连锁群具有99个标记，图谱总长度为800.5cM，平均图距为0.51cM，图谱覆盖率达到98％，这是紫扇贝的首张遗传连锁图谱且已达到高密度水平。利用这两张图谱成功定位到了3个与生长相关的QTL位点，其中2个与闭壳肌重有关，分别位于海湾扇贝的11号连锁群和紫扇贝的2号连锁群上，1个与体重有关，位于紫扇贝的2号连锁群。此外还定位到了一个与壳色相关的QTL位点，位于海湾扇贝的2号连锁群;从该性状的分离及QTL结果推测，壳色性状很可能是一质量性状且由单基因控制。自交家系中，海湾扇贝的图谱包含1437个标记，分布在16个连锁群上，每个连锁群的标记数由21到189个不等，平均每个连锁群具有90个标记，图谱总长度为831.9 cM，平均间隔为0.59 cM，覆盖度为97.5％。图谱上还检测到了14个偏分离聚集区，主要由于配子选择造成。利用该图谱还定位到了一个与体重有关的QTL位点，位于3号连锁群上。本研究为贝类遗传育种工作奠定良好基础，为重要经济性状的研究及分子标记辅助育种工作提供了候选位点。
　　4.海紫杂交贝与亲本表达谱差异分析
　　本研究分别构建了海湾扇贝、紫扇贝及杂交贝闭壳肌的RNA-seq文库，Solexa测序获得三种扇贝的数据量分别为13.9 Gb、12.9 Gb、36.7 Gb。首先对海湾扇贝和紫扇贝进行了转录组拼接和注释，其中海湾扇贝拼接获得86，740条unigene，14，944条获得注释信息，GO分类和KEGG代谢通路定位表明这些基因涵盖了各个生物学功能和代谢途径;紫扇贝拼接获得62，014条unigene，14，885条具有注释信息，GO分类和KEGG代谢通路分析结果与海湾扇贝相似。海湾扇贝与紫扇贝的比较转录组分析发现，两个转录组在基因功能注释和分类上具有高度的相似性。杂交贝与两亲本的基因差异表达分析发现，杂交贝与海湾扇贝间的差异表达基因数目要远远多于与紫扇贝间的，且杂交贝表达谱与紫扇贝间具有更高的相似性，因此杂交贝在基因表达上也表现出了的一定的偏好性。杂交贝与海湾扇贝差异表达基因的富集分析发现，上调基因主要参与线粒体形成和能量代谢有关的过程，下调基因主要参与免疫相关过程，推断杂交贝通过产生更多的能量或通过降低免疫反应来节约更多能量提供给生长，从而加速生长产生杂种优势。

目录

声明

摘要

第一章 文献综述

第一节 杂种优势及其产生机制的研究进展

0 引言

1 杂种优势及其应用

2 杂种优势经典遗传假说

第二节 杂种优势基因组学研究

0 引言

1 高通量测序技术及其发展现状

2 高通量测序技术在杂种优势研究中的应用

第三节 海洋贝类杂交育种及杂种优势研究进展

0 引言

1 海洋贝类杂交育种研究进展

2 贝类杂种优势研究进展

3 本研究的目的和意义

第二章 海湾、紫贝和海紫杂交贝基因组Survey分析

0 引言

第一节 海湾、紫贝和杂交贝基因组survery分析

1 材料和方法

2 结果与讨论

第二节 海湾、紫贝和杂交贝基因组denovo拼接

1 方法

2 结果与讨论

第三节 海湾、紫贝及杂交贝比较基因组分析

1 方法

2 结果与讨论

第三章 海紫杂交和海湾自交家系标记偏分离分析

0 引言

第一节 海紫杂交及海湾自交家系构建及SNP标记分型

1 材料和方法

2 结果与讨论

第二节 杂交及自交家系SNP标记偏分离分析

1 方法

2 结果

3 讨论

第三节 杂交自交共享SNP偏分离分析

1 方法

2 结果

3 讨论

第四章 高密度遗传连锁图谱的构建及重要经济性状的QTL定位

0 引言

第一节 海湾×紫贝杂交家系高密度遗传连锁图谱的构建

1 方法

2 结果

3 讨论

第二节 海湾自交家系高密度遗传连锁图谱的构建

1 方法

2 结果与讨论

3 讨论

第三节 杂交及自交家系重要经济性状的QTL定位

1 方法

2 结果与讨论

3 讨论

第五章 海紫杂交贝与亲本表达谱差异分析

0 引言

第一节 海湾、紫贝及杂交贝闭壳肌转录组测序

1 材料和方法

2 结果与讨论

第二节 海湾、紫贝比较转录组分析

1 方法

2 结果

3 讨论

第三节 海紫杂交贝与其亲本表达谱差异分析

1 方法

2 结果

3 讨论

参考文献

附录

致谢

个人简历

学术成果