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鲤连锁图谱及生长、肉质性状QTL定位研究

郑先虎

  鲤(Cprinus carpio)作为世界性的养殖鱼类,以年产340万吨,约占全球淡水养殖鱼类产量的14%,而在世界水产养殖业占据重要地位。鲤也是我国主要养殖鱼类,同时也是培养出品种最多的水产养殖种,养殖历史悠久,养殖产量高,在过去的几十年里大大促进了我国水产养殖业的发展,极大的满足了人们对动物蛋白的需求。但随着人们消费水平的提高,对水产品质量的需求已超过了对数量的需求。改善肉质不仅是畜禽行业面临的问题,也是水产行业不得不面临的问题。因此,对鲤肌肉品质性状进行选育是十分必要的。鱼类的肌肉品质是十分复杂的性状,受养殖环境、营养饲料等因素影响较大。传统的育种手段无法有效解决低遗传力性状的改良问题,分子育种技术的出现使我们对这类性状的选育成为了可能。 在鱼类的分子标记育种中,要对特定的性状进行选育,一个首要的前提是获得控制该性状发育的基因,或者是控制性状发育的QTL位点。可以认为遗传连锁图谱的构建及性状的QTL定位是进行分子标记育种的前提。自2000年第一张鲤遗传图谱问世以来,鲤分子育种工作取得了较快的发展,目前已经构建了鲤的第三代连锁图谱,获得了一大批生长、饲料转化率和生理生化等性状的QTL结果。但早期的图谱采用的标记大都为显性标记(如RAPD、AFLP等)和少量的微卫星标记,图谱的标记少,图距大,分辨率和覆盖率大都较低,其利用率十分有限。本论文从两个方面出发,第一,利用高分辨率的SNP标记构建鲤的整合图谱及与斑马鱼基因组的比较图谱;利用整合图谱进行多群体QTL比较分析。第二,利用全同胞家系进行脂肪酶活力、肌肉脂肪含量、肌肉蛋白含量、灰分等肉质性状的QTL定位研究。具体研究结果如下: 1、采用1536个SNP标记和300个微卫星标记,对3个群体的父母本及443个子代进行基因型分析,构建连锁图谱,并与实验室先前构建的图谱(68群体)进行整合。得到的整合图谱包含678个标记(421个SNP和257个微卫星),分布于42个连锁群上,图谱长度为2371.6cM,图谱覆盖率为86.7%,标记间平均间隔为3.7cM,连锁群平均标记为16个,连锁群长度范围3.2-201.0cM,标记范围为3-41个,连锁群平均间隔为1.4-24.1cM,连锁群内标记最大间隔为1.7-43.7cM。 2、将整合图谱的标记序列与5种模式鱼的基因组进行比对,其同源标记分别为斑马鱼(Danio rerio)72.9%(489/671)、红鳍东方鲀(Takifugu rubripes)30.6%(205/671)、黑青斑河豚(Tetraodon nigroviridis)28.9%(194/671)、青鳉(Oryziaslatips)25.2%(169/671)和三刺鱼(Gasterosteus aculeatus)26.8%(180/671),鲤和5种模式鱼中均存在的同源标记有77个。在比对结果的基础上,构建了与斑马鱼基因组的比较图谱,其中479个标记分别对应于斑马鱼的25条染色体,其余10个标记位于斑马鱼未装配的scaffolds上,平均每个连锁群约11.4个标记。鲤与斑马鱼同源区域范围0.04Mb-61.37Mb,总共覆盖斑马鱼基因组1173.7Mb。约60%的鲤连锁群与斑马鱼染色体保持高度同线性关系,从而表明鲤与斑马鱼之间存在大量保守区域。同时,我们发现鲤的2个连锁群对应于斑马鱼的1条染色体,推断鲤与斑马鱼染色体为2:1的关系。 3、利用构建整合图谱的4个群体对鲤生长相关性状进行QTL定位分析,获得体重、体长、体高和体厚4个性状QTL区间67个,其中主效QTL34个。进一步借助整合图谱对QTL结果进行整合和比较,分析生长性状QTL在群体间的变化规律,研究发现生长相关性状的QTL呈现成簇分布的特点,并揭示了主效基因和微效基因在不同的群体中的遗传表现,从而得出了主效基因在群体间是变化的,不固定的,为更合理地进行QTL定位及利用QTL进行分子育种提供了依据。 4、以鲤的1个全同胞家系的190个子代为作图群体,选取了1515个微卫星标记进行全基因组扫描构建连锁图谱,有1172个标记能稳定扩增且表现出多态性,最终图谱包含931个标记(其中包括21个EST-SSR标记),分布于52个连锁群上,图谱长度为4060.1cM,基因组覆盖率为88.3%,标记间平均间隔为4.6cM,连锁群长度范围29.1-125.4cM,标记范围为4-39个,连锁群平均间隔为1.8-15.2cM,连锁群内标记最大间隔为6.6-45.2cM,平均每个连锁群约有18个标记,少于10个标记的连锁群有7个。 5、获得脂肪酶活力性状95%连锁群水平的显著性QTL区间5个,置信区间为18-31.6cM,可解释变异率10.5%-17.7%。通过与鲤全基因组序列比对,在最大的一个QTL区间内设计40个SNP进行加密,最终15个标记整合到QTL区间内,标记间平均间隔从5.3cM缩小到1.8cM,其QTL的置信区间从31.4cM缩小至7.5cM,为95%基因组水平的显著性,可解释表型变异率上升到25.9%。进一步与斑马鱼基因组比对,利用斑马鱼的基因注释信息,对QTL区间进行候选基因的筛选,得到脂肪酶活力候选基因6个。 6、以本研究构建的微卫星图谱为参照,均匀选取190个标记对8个全同胞家系的522个子代进行基因型分析,采用半同胞QTL分析策略对肌肉脂肪含量、肌肉蛋白含量、灰分和水分4个肉质性状进行QTL定位分析,在染色体显著性水平下,共检测到8个父系显著性QTL区间和13个母系显著性QTL区间。4个性状QTL数目分别为:肌肉脂肪含量4个、肌肉蛋白含量4个、灰分8个和水分5个。进一步对QTL效应显著家系进行分析,确定了21个QTL是真实存在的。……   
[关键词]:;遗传图谱;比较基因组作图;QTL;肉质性状
[文献类型]:博士论文
[文献出处]:上海海洋大学2012年