瓯江彩鲤“全红”与“粉玉”群体基因组扫描分析红、白体色的遗传机制以及鲤鱼FGF基因家族研究

发布时间：2020-02-05 00:08

【摘要】：瓯江彩鲤是我国浙江省瓯江流域广泛养殖的一种地方性鲤鱼品系,具有较高的食用和观赏价值,近年来被推广为观赏鱼类养殖。随着鱼类育种与培育技术的发展,以体色和生长为指标对瓯江彩鲤进行平行选育,建立了五个配套选育系,目前已经逐步形成稳定遗传的五种花色,包括全红、粉玉、大花、粉花、麻花。在“全红”和“粉玉”两家系进行杂交之后,杂交F1代均为红色,而F2代出现了体色分离,从体色分离比推测,在瓯江彩鲤家系中,红白体色可能由较少的几个基因,或者机密连锁的基因簇控制和决定的。近几年,鲤鱼基因组组装的完成和250K高通量SNP(Single Nucleotide Polymorphisms)分型芯片开发的完成,使得在全基因组范围内进行“全红”和“粉玉”群体遗传差异分析成为可能。同时测序成本的降低以及BSA混合测序技术的日趋完善也为瓯江彩鲤体色研究提供了新方法。我们挑取体色稳定遗传的全红个体108,粉玉个体105尾,提取全基因组DNA应用鲤鱼250K高通量SNP分型芯片对“全红”和“粉玉”群体进行全基因关联分析,定位差异显著性位点,最终确定体色性状相关的差异基因。芯片数据对每尾鱼199,233个单核苷酸多态性位点进行描述,我们利用Plink软件的logistic回归模型对两个群体的多态性位点进行全基因组关联分析,对151677个高质量的芯片位点进行分析得到36,920个多态性位点,然后对每个位点进行Bonferronit统计检验,最后利用1%最显著的369个差异位点定位功能基因886个,其中最显著的位点为5号染色体上位于3759537bp上的位点,该点P值最高为1.65E-13,在其上游3717369bp到3723834bp位置上存在黑色素细胞增值基因1(melanocyte proliferating gene 1,MYG1),该基因已被证实与黑色素细胞增殖关系密切;在43号染色体上的170907bp位置上存在P值为1.67E-11多态性位点,在其上游8k左右的位置定位到成纤维细胞生长因子基因7(Fibroblast growth factors 7,FGF7),该基因同样在黑色素细胞增值过程中有重要作用。为了进一步验证关联分析准确性,我们计算了MYG1与FGF7基因上下游500kb多态性位点的遗传分离指数(FST)值,印证了两个基因上下游区域确实存在两个群体中差异较大的位点,更直观的展示两基因在量群体间的差异。同时,我们将“全红”和“粉玉”两个群体各50个样本的全基因组DNA进行BSA混合测序,得到超过100X的测序数据,比对鲤鱼基因组,在基因组上寻找两个群体间的多态性位点计算每个位点的等位基因频率差异,并对位点进行费舍尔精确检验。最终我们得到多态性位点69,114,695个,定位到功能基因3280个,其中在鲤鱼35号染色体上23072440位置存在P值为1e-9.08的SNP位点,在23073023的位置上存在P值为10.31的SNP位点,两个位点同时定位到区间为23023705至23027101范围的FGF7基因,该基因为鲤鱼基因组中FGF7基因的另一个拷贝,我们推测彩鲤中FGF7在全红群体的表达致使黑色素细胞的增殖并在黑色素或胡萝卜素转运中行使功能为红色体色出现的根本原因。为了在分子层面剖析瓯江彩鲤的红白体色遗传机制,我们将35号染色体上的FGF7基因的上下游100kb范围内471个的多态性位点的遗传差异指数与等位基因频率差作图。证实该区间内存在着差异较大的位点,也就是潜在的控制体色性状的突变位点。文献调研发现FGF基因家族在皮肤的生理生化功能上有重要作用,为了进一步研究FGF基因,我们在鲤鱼基因组中整合了FGF基因家族,对其进行深入研究。成纤维细胞生长因子FGF家族是由多肽生长因子组成的大的基因家族,从低等的原始后生动物到高等哺乳动物中都广泛存在,而且在基因结构和氨基酸序列都具有高度的保守性。FGF基因在胚胎和成年机体都是有重要功能的。我们利用鲤鱼基因组找到了35个FGF基因,系统进化分析显示它们都是高度保守的,通过比较其他脊椎动物基因组中的该基因的同源拷贝数发现确实存在着基因复制和丢失的现象。在鲤鱼基因组中FGF6a,FGF6b,FGF7,FGF8b,FGF10a,FGF11b,FGF13a和FGF18b是存在基因复制的。系统发育分析该家族与其他脊椎动物聚类的一致性也一定程度上体现了鲤鱼基因家族的完整性和准确性。之后,我们对鲤鱼35个FGF家族成员在皮肤、血液、脑、腮、心脏、肠、肌肉、脾脏和肾脏9个组织的表达进行了研究。结果表明,大多数成员在组织中是普遍表达的,尤其是皮肤和脑组织,表明该家族在鲤鱼中枢神经系统和皮肤组织中的重要性,也发现FGF7基因在皮肤中高表达,进一步证实该基因之前结论。总之,我们通过全基因组关联分析和BSA混合测序技术研究了瓯江彩鲤红白体色遗传机制,分别得到遗传差异位点。两方法分别指向鲤鱼基因组中FGF7基因的两个拷贝FGF7-1和FGF7-2,而FGF7基因已在模式动物中被证实有诱发增殖黑色素细胞增殖的功能。我们推测彩鲤中FGF7在全红群体的表达致使黑色素细胞的增殖,黑色素的沉积可能就是红色体色出现的根本原因。此外我们还对鲤鱼FGF基因家族进行了表达分析,证实了FGF7在基因组中的复制现象同时证实两个拷贝在皮肤中的高度表达。
【图文】：

欧仁彩敛

体色,群体,离心管,涡旋

Fig.2-1 The “whole red”and “whole white” Oujiang coNA 提取 DNA 提取工作采用德国 QIAGEN 公司的 D盒试剂皆为常温使用，同时将水浴锅调制 56理：将烘干处理的瓯江彩鲤尾鳍鳍条剪取约ml 的小离心管中，在离心管中加入 180ul Buf用涡旋混合器，，涡旋混匀，将混合样品置于 5裂解的混合样品取出，加入 200ul Buffer A水乙醇涡旋混匀。转移至试剂盒提供的 2ml 离心管的 DNeasy M
【学位授予单位】：上海海洋大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：S917.4

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