昆明動物所在異源四倍鯽鯉品系遺傳特性研究中獲進展

發布時間：2016-01-18 16:36 原文鏈接：昆明動物所在異源四倍鯽鯉品系遺傳特性研究中獲進展

　　自然界中存在大量的多倍化植物，在有花植物中，大約70%都是多倍體。而在現生脊椎動物中僅有部分魚類和兩爬中存在多倍體現象。為何多倍體脊椎動物數目遠比多倍體植物較少至今仍是謎。

　　為了探討這一重要問題，中國科學院昆明動物研究所研究員、中國科學院院士張亞平和湖南師范大學教授劉少軍分別發揮他們在基因組進化分析和遠緣雜交研制多倍體魚品系等方面的優勢，領銜組成一個跨國聯合攻關團隊，開展異源四倍鯽鯉品系遺傳特性研究。該團隊其他主要成員包括云南大學副教授羅靜、云南大學/中科院昆明動物所聯合培養博士生柴靜、湖南師范大學博士任力和周毅、云南大學博士生黃峰和碩士生劉小川、德國康斯坦斯大學教授Axel Meyer等。

　　他們利用二倍體紅鯽（Carassius auratus red var., 2n = 100）為母本及二倍體鯉魚（Cyprinus carpio L, 2n = 100）為父本進行屬間遠緣雜交建立的兩性可育的鯽鯉雜交品系為研究對象。該雜交品系的F1和F2為二倍體雜交魚(2n=100)；部分雌、雄二倍體F2個體能分別產生不減數的二倍體卵子和二倍體精子，它們受精在F3中形成了雌、雄異源四倍體鯽鯉個體(4n=200)，F3自交形成了F4異源四倍體鯽鯉群體；經過連續繁殖，目前已繁殖到了F25，形成了一個兩性可育、遺傳性狀穩定、四倍體性能代代相傳的異源四倍體鯽鯉(4n=200)品系(F3-F25)。該兩性可育的雜交品系的建立打破了物種間生殖隔離，是國際上首次通過屬間遠緣雜交獲得的脊椎動物四倍體品系。該系的建立不但為研制三倍體魚在生產上的大規模應用提供了寶貴的四倍體親本，而且為研究遠緣雜交及四倍體化在生物進化中的作用提供了重要的模型。

　　以紅鯽和鯉魚的基因組為參考，他們對該遠緣雜交品系中的雙親及雜交4個世代（F1，F2，F18和F22）的肝臟轉錄組進行了系統的研究。發現在四個世代中有9.67%–11.06%的基因屬于來源于母本鯽魚和父本鯉魚的嵌合基因，其中一些基因（如CSNK, CDC, RAD, UBE等）參與了細胞周期調控，或與通過重組進行DNA損傷修復等功能相關；推測嵌合基因的產生與基因重組時大范圍的DNA修復、非同源末端連接和轉座子活性有關，也可能與基因大環錯配修復過程中基因復制滑動和非配對復制的非精確剪切有關。嵌合基因的富集情況顯示，部分嵌合基因集中分布在與突變形成和修復相關功能的信號通路中。檢測到1.02%–1.16%的基因存在雜交子代特異性變異。他們還發現雜交二倍體F1和F2與父本鯉魚的表達譜類似，而基因組加倍后的雜交四倍體F18和F22與母本鯽魚的表達譜相似；這表明雜交二倍體和雜交四倍體在基因表達方面存在顯著差異；基因表達的差異可能與突變、細胞凋亡程序調控等相關。

　　鯽鯉雜交品系經歷了遠緣雜交和四倍體化過程，不同物種的基因組合并而產生的基因組休克效應，這可能是脊椎動物中多倍體較少的原因之一。研究結果提示，在多倍體化的初始階段，多倍體魚的基因結構、基因表達發生變化，并伴隨著比植物多倍化持久的基因組休克效應等綜合因素都有可能導致多倍體個體較少。另外由于基因組休克效應等因素導致二倍體F2的存活率非常低也可能是脊椎動物中多倍體較少的原因之一。

　　該研究得到國家自然科學基金等項目的支持。

　　有關成果近期在線發表在國際刊物PNAS上。學科交叉和多團隊的密切合作是成功的關鍵。