黄河鲤及俄罗斯鲟体色突变分子遗传机制的初探

发布时间：2020-04-05 07:50

【摘要】：体色对于养殖鱼类至关重要,是评估其商品价值的重要指标。对于观赏型鱼类,体色鲜艳可以升高其商品价值,而对于食用型鱼类,体色出现异常的商品鱼会造成价值的减少。早前研究鱼类体色方法主要以观察表型和杂交等传统遗传学手段为主,自高通量测序技术出现之后,针对鱼类体色的研究,已经从发育和分子遗传角度得到了一些初步结果。而我国鱼类体色研究多集中在一些体色丰富的品种,如锦鲤、瓯江彩鲤等,针对黄河鲤以及鲟鱼的体色遗传机制研究几乎为空白。在本研究中我们分别从全基因组和转录组层面对两种鱼类差异体色样本进行研究,在生物信息学基础上对数据进行分析,以Plink、Popoolation2、BWA、SAMtools、Trinity和Blast等主要软件处理数据并得到色素合成相关基因。在黄河鲤体色研究中以基因组数据分析手段为基础,先对黄河鲤家系F1代子代中的红色和黑色个体使用鲤鱼高通量SNP分型芯片进行全基因组关联分析(GWAS),扫描得到的SNP位点使用Plink软件的logistic回归模型和Bonferronit统计检验方法寻找其中的差异显著性位点,得到总计34,124个SNP位点,定位到参考基因组找到189个功能基因,但没有明显和色素合成相关的基因。因而采用BSA方法,借助高通量测序进一步对F2子代中的红色和黑色个体混合池进行分析。经测序并清洗数据后得到总计610,997,044条读数(read),比对到鲤鱼参考基因组,比对率最低也达到95%。比对结果使用Popoolation2进行同步化处理并计算等位基因频率差异,再经过费舍尔精确检验,最终筛选出极显著位点(-logP值大于8)15,016个,定位到513个功能基因,经过检索找到五个和黑色素合成相关基因,其中三个基因分别是:MITF负责启动酪氨酸酶的转录;CREB1负责启动MITF的转录;ASIP抑制真黑色素并促进褐黑色素的形成,另外两个基因表达细胞膜上蛋白GNAS和OCA2,前者与MC1R偶联后激活CREB1和MITF开启酪氨酸酶的转录,后者辅助黑色素合成底物进入黑素小体。本研究提示黄河鲤红色群体与黑色群体相比其真黑色素合成过程可能被抑制,色素合成以褐黑色素为主。在第二部分中我们对正常黑色表型和白化表型的俄罗斯鲟进行比较转录组分析。通过对这两群体以及混合之后总共三个样本的测序,获得了总计277,268个contig作为参考转录组序列,并将组装序列与3个主要蛋白库进行比对并注释,得到32,965个基因。在对这两群体分析差异基因表达时,总共发现785个基因表达显著不同。在正常黑色群体中有400个基因上调,在白化群体中有385个基因上调,之后我们随机选出16个基因进行定量RT-PCR验证,结果与转录组表达量一致。基因功能类别(GO)注释中17,058个基因得到注释,包括所有差异基因;在GO富集分析中有35个与色素合成相关基因显著富集;KEGG通路分析中差异基因匹配的148条通路中有3条与黑色素合成相关。结合文献检索和本研究的数据,我们锁定了包括Dct、Tyrp1、SLC45A2、MC1R、CNTS、PMEla、PMElb、CD63和BLOC1S3在内的9个基因。在这些基因的表达产物中,3个基因表达以酪氨酸为底物催化成真黑色素过程的关键酶,2个基因调节黑素小体的pH值,3个基因参与黑素小体的形成,1个基因表达负责运输黑色素合成所需酶。本研究结果提示白化俄罗斯鲟与正常鲟鱼相比可能存在黑色素和黑素小体的缺陷。我们通过以上分析为其黄河鲤以及俄罗斯鲟体色变异的进化和遗传学研究提供基因组证据,以及为这两种鱼类的品种选育提供分子遗传学基础。
【图文】：

序列,曼哈顿,全基因组,分型

12图 2-1 黄河鲤黑、红两色群体全基因组关联 SNP 分型曼哈顿图Fig.2-1 Manhattan plot of genome-wide association SNP genotyping2.2 BSA 分析结果2.2.1 测序数据比对结果测序数据与鲤鱼参考基因组数据比对，选用 BWA 中的 mem 参数，，即将70bp-1Mbp 的序列通过 BWA-MEM 算法比对到基因组，这种算法通过最大精确比对（MEMs）法进行种子比对，再经过 Smith-Waterman 算法对种子进行扩增。相较于

曼哈顿

上海海洋大学硕士(博士)学位论文250,459 个显著差异的 SNP，曼哈顿图结果显示 11 号 12 号染色体上差异 SNP 位点显著高于其他染色体(图 2-3)。在筛选-log P 值大于等于 8 的 SNP 位点中总共得到 15,016 个 SNP，定位到参考基因组的 513 个基因。在 KEGG mapper 搜索通路结果中显示有 5 个基因与黑色素合成相关，分别是 MITF、CREB1、ASIP、GNAS、和 P蛋白（OCA2）。
【学位授予单位】：上海海洋大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：S917.4

【参考文献】