栉孔扇贝()×虾夷扇贝()杂种优势遗传机理的研究

摘要

栉孔扇贝(Chlamysfarreri)和虾夷扇贝(Patinopectenyesoensia)都是我国重要的海水养殖种类，二者杂交产生的杂交子一代，生长速度大幅提高，度夏能力显著增强，杂种优势明显，是一种行之有效的育种方法，对我国扇贝养殖业的健康、快速、可持续发展产生重大的推动作用。杂种优势遗传机理一直是遗传育种研究中一个研究的尚不透彻的重大基础理论问题，理论研究水平一直落后于在生产上的利用程度，这种滞后问题势必影响杂种优势在生产实践中的进一步大规模利用，因此，广泛开展杂种优势遗传机理的研究和探讨具有十分重要的理论价值和现实意义。近些年来，随着分子生物学的快速发展，科学家们开始从分子的水平来揭示杂种优势形成的遗传机理。
　　 本文以栉孔扇贝(♀)和虾夷扇贝(())做亲本、二者杂交产生杂交子一代(F1)、子一代自交得到子二代(F2)等为材料，首先分析了F1和亲本间核DNA的遗传多样性水平，然后分析了F1和亲本间线粒体DNA的遗传多样性水平，最后比较了F1、F2和亲本间的DNA胞嘧啶的甲基化水平。主要结果如下：
　　 1、首先采用扩增片段长度多态性(AmplifiedFragmentLengthPolymorphism，AFLP)标记对栉孔扇贝、虾夷扇贝及其F1群体的遗传多样性进行分析。5对引物组合共扩增得到315个位点，其中311个为多态位点，总的多态位点比例为98.73％；Shannon信息指数分别为0.4771±0.2606、0.4239±0.2777、0.5488±0.2209；Nei’s基因多样性指数分别是0.3291±0.1850、0.2897±0.1959、0.3828±0.1612，表明杂交子代群体的遗传多样性水平比两个亲本群体都高；栉孔扇贝与虾夷扇贝群体间的遗传距离为0.4116，栉孔扇贝与杂交后代群体间的遗传距离是0.1316，虾夷扇贝与杂交后代群体间的遗传距离是0.2780，杂种子代与两亲本的遗传距离不是对等的；聚类分析显示，虾夷扇贝群体的个体单独聚到一起，栉孔扇贝群体的个体聚到一起，杂交子一代群体的所有个体聚到一起，且都是独立群体；分子方差分析(AMOVA)结果显示，变异来源有30.47％来自群体间，有69.53％来自群体内，表明群体内的遗传多样性比较丰富。
　　 2、对栉孔扇贝、虾夷扇贝及其F13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两个族群，栉孔扇贝和F1交叉聚为一类，虾夷扇贝独自聚为一类，两个分支间没有交叉；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。
　　 3、最后运用甲基化敏感扩增多态性(methylation-sensitiveamplificationpolymorphism，MSAP)技术对栉孔扇贝、虾夷扇贝及其F1、F2群体的基因组DNA胞嘧啶甲基化水平进行了研究，并分析了DNA甲基化与各性状的相关性及其与杂种优势的关系。结果表明，DNA甲基化率与壳宽、总重等表型值呈正相关的关系，而与壳长、壳高、软体重和闭壳肌重4个性状表型值呈负相关的关系，其中闭壳肌重与甲基化率的相关性达到极显著水平(P<0.01)；虾夷扇贝、栉孔扇贝、F1代、F2代的总甲基化率分别为32.79％、24.13％、19.98％、20.18％，杂交种F1代的甲基化水平低于双亲，是两种扇贝杂交的结果；F1代的甲基化模式经过了重新调整，其变化相对其亲本主要有4种类型：甲基化水平相同、去甲基化、超甲基化、次甲基化，且去甲基化位点多于超甲基化位点。
　　 以上结果表明，F1群体的核DNA和线粒体DNA的遗传多样性水平较亲本是升高的，而F1群体的DNA胞嘧啶甲基化水平是降低的。F1群体的杂种优势可能来源于其遗传多样性水平的升高和DNA胞嘧啶甲基化水平的降低。