三角帆蚌和池蝶蚌杂交优势的分子基础研究

摘要

我国是世界第一产珠大国，目前珍珠总产量高达1800多吨，占世界珍珠总产量的90％以上。在这1800多吨的总产量中，淡水珍珠占98％以上，其中90％以上是由三角帆蚌育出的。目前我国养殖的三角帆蚌主要是野生种的直接利用，没有经过严格的人工选育，致使某些经济性状出现退化。为了提高珍珠质量，改变我国淡水珍珠养殖业无优良品种的现状，对三角帆蚌种质资源、遗传多样性及遗传改良的研究迫在眉睫。池蝶蚌是日本特有的淡水育珠蚌，一些经济性状与三角帆蚌互补，是杂交育种的好材料。 本论文详细综述了同工酶、线粒体DNA标记、核糖体DNA标记和微卫星、RAPD、ISSR及AFLP等分子标记及其在淡水贝类种质鉴定与系统进化、遗传多样性研究及种质资源利用和保护等研究中的应用现状。介绍了三角帆蚌和池蝶蚌的养殖与遗传育种研究现状。 将已发表的32对太平洋牡蛎的微卫星引物在三角帆蚌基因组DNA中进行PCR扩增，通过优化PCR反应条件，其中10对引物(占总数的31％)在洞庭湖三角帆蚌小群体中即检测到了个体间等位基因的多态性，共出现40条多态性条带，证明太平洋牡蛎的部分微卫星引物可用于三角帆蚌基因组分析。同时构建了三角帆蚌微卫星富集文库，从中筛选到10对多态性微卫星标记，各位点检测到的等位基因数2-16不等，平均每个位点检测到7.8个等位基因，除位点Hcul7外偏离，其他9个位点均符合Hardy-Weinberg平衡，无连锁关系，属于独立遗传的位点，可用于三角帆蚌遗传结构和多样性研究。利用其中的8对引物，研究江西都昌1个野生群体、江西都昌和浙江诸暨2个养殖群体的遗传多样性和遗传结构。共检测到90个等位基因，鄱阳湖野生群体每个位点9.88个等位基因，而都昌养殖群体、诸暨养殖群体2个养殖群体每个位点的等位基因数分别为8.38和9.38。3个群体的杂合度、有效群体大小及基因分化指数均表明养殖群体含有较高的遗传多样性，在繁育过程中可能引入了野生群体的基因。 利用微卫星、ISSR和线粒体基因片断等多种分子标记，开展了对我国五大淡水湖--鄱阳湖、洞庭湖、太湖、巢湖、洪泽湖三角帆蚌种质资源和遗传多样性的研究。将9对微卫星引物和8条ISSR引物，研究我国五湖三角帆蚌野生群体，结果表明微卫星和ISSR的研究结果基本一致，鄱阳湖群体、太湖群体和洞庭湖群体遗传多样性较高，可作为选育基础群。鄱阳湖群体与太湖群体聚在一起，亲缘关系较近，洞庭湖群体与鄱阳湖群体、太湖群体亲缘关系较远，为另一分支。对五大湖三角帆蚌群体的线粒体16S rRNA基因片断进行了序列测定和分析，得到了473bp的同源核苷酸序列，检测到变异位点25个，7个单倍型，其中3个为鄱阳湖群体所特有。同时，鄱阳湖群体的其他遗传多样性指数，如多态性位点、核苷酸多态性、单倍型多态性均最高，而洪泽湖多态性位点、核苷酸多态性、单倍型多态性最低，反映了鄱阳湖群体具有较好育种潜力，这和微卫星的研究结果一致。AMOVA分析表明，洞庭湖群体与太湖和鄱阳湖群体三角帆蚌分化显著，巢湖和其他4个群体遗传分化显著(P<0.05)，洪泽湖群体与除巢湖群体外的其他群体分化均不显著。聚类分析结果也支持微卫星和ISSR的研究结果。运用微卫星和ISSR两种分子标记，研究了我国五大湖三角帆蚌中遗传多样性高、生长性能好的鄱阳湖、洞庭湖和太湖3个群体及其6个正反交后代的遗传变异，结果表明杂交后代的遗传变异均大于各群体自交后代，其中PD组合(鄱阳湖群体♀×庭湖群体♂)和TD组合(太湖群体♀×洞庭湖群体♂)的遗传变异最大，DP组合(洞庭群体♀×鄱阳湖群体♂)、TP组合(太湖群体♀×鄱阳湖群体♂)变异较小。并从分子角度对杂交后代杂交优势进行了预测，与实际杂交优势测定结果相符。 在前期发现三角帆蚌和池蝶蚌的反交组合具有杂交优势的基础上，对它们开展了杂交优势的分子基础研究，利用微卫星和ISSR对三角帆蚌和池蝶蚌正反交后代与亲本的遗传差异进行分析。结果表明，反交群体CS的微卫星杂合度、多态性信息指数及TSSR的平均多态性均高于正交群体及2个亲本群体，杂交引起子代遗传多样性增加，可能是杂交种存在杂交优势的遗传基础。微卫星研究显示杂交子代与2亲本的遗传距离不是对等的，更偏向与亲本三角帆蚌。反交群体CS与其母本CC的遗传相似指数为0.8856，遗传距离为0.1214，而与其父本SS的遗传相似指数为0.8938，遗传距离为0.1123，正交群体SC与其母本SS的遗传相似指数为0.7932，遗传距离为0.2317，而与其父本CC的遗传相似指数为0.7432，遗传距离为0.2968。对三角帆蚌和池蝶蚌正反交后代与亲本线粒体基因片断(mt COI、mt 16s rRNA)和核糖体间隔序列ITS-1进行了序列测定和分析，分别获得了长度为610bp(mt COI)、451bp(mt 16S rRNA)和472bp(ITS-1)的同源序列，单倍型数分别为16、11和14。三角帆蚌和池蝶蚌的遗传距离与五大湖三角帆蚌群体间遗传距离水平相当，遗传分化属中等水平，基因流Nm大于1，说明二者之间有充分的基因交流。从系统树看，三角帆蚌、池蝶蚌和其正反交杂交后代SC、CS各自没有聚为单系群，相互间不能明确区分，且二者之间可以杂交产生正常的后代。从分子水平上证明了三角帆蚌和池蝶蚌为同一种，其杂交优势为种内杂交优势。以上研究结果为三角帆蚌和池蝶蚌种质资源的进一步研究及杂交改良利用提供理论依据，为我国淡水珍珠蚌种质资源的保护和合理开发利用提供基础数据和理论依据，为高效和可持续利用我国丰富的淡水珍珠蚌种质资源建立技术储备和信息平台。

目录

文摘

英文文摘

声明

引 言

第一章 文献综述

第一节分子标记及其在淡水贝类遗传育种研究中的应用

第二节三角帆蚌和池蝶蚌的养殖与遗传育种研究现状

第二章 三角帆蚌微卫星标记的筛选和应用

第一节太平洋牡蛎微卫星引物对三角帆蚌的适用性研究

第二节三角帆蚌微卫星富集文库的构建和微卫星标记的筛选

第三节三角帆蚌野生群体和养殖群体遗传变异的微卫星分析

本章小结

第三章 三角帆蚌不同群体结构及其杂交后代杂交优势的分子分析

第一节我国五大湖三角帆蚌群体遗传多样性及亲缘关系的微卫星分析

第二节我国五大湖三角帆蚌群体遗传多样性及亲缘关系的ISSR分析

第三节我国五大湖三角帆蚌群体mtDNA16S rRNA片断遗传变异

第四节三角帆蚌不同群体杂交子一代遗传变异的微卫星、ISSR分析及其与杂交优势的关系

本章小结

第四章 三角帆蚌和池蝶蚌正反交后代与亲本的遗传变异及杂交优势的分子基础研究

第一节三角帆蚌和池蝶蚌正反交后代与亲本的遗传差异及杂交优势的微卫星分析

第二节三角帆蚌和池蝶蚌正反交后代与亲本的遗传差异及杂交优势的ISSR分析

第三节三角帆蚌和池蝶蚌正反交后代与亲本的遗传差异及杂交优势的16S rRNA分析

第四节三角帆蚌和池蝶蚌正反交后代与亲本的遗传差异及杂交优势的COI分析

第五节三角帆蚌和池蝶蚌正反交后代与亲本的遗传差异及杂交优势的ITS-1分析

本章小结

全文小结

参考文献

附 录

发表论文

致 谢