基于重测序和转录组测序鉴定罗非鱼LG1雄性性别决定区间与性别决定候选基因

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罗非鱼是适应性辐射的经典模型丽鱼科鱼类的代表物种,也是一种世界性的养殖鱼类,它具有肉质好、适应性强以及抗病性强等优良性状,此外罗非鱼还具有明显的性别二态性,其雄鱼的生长速度比雌鱼快40-50%。全雄单性养殖罗非鱼既能避免其过度繁殖,又能提高养殖效率。因此性别控制在罗非鱼养殖生产中具有重要意义。尽管有报道指出LG1是尼罗罗非鱼性染色体,并通过雌雄混样分别重测序确定其性别决定区间为9M,实验室前期研究表明LG23是多数养殖的尼罗罗非鱼品系的性染色体,amhy是其性别决定基因。前期研究表明,LG1是奥尼杂交鱼(ZX)与我们实验室红罗非鱼品系的性染色体,然而其雄性性别决定区间和性别决定位点尚不清楚。本研究对实验室红罗非鱼(WL-red)和广州红罗非鱼(GZ-red)进行全基因组重测序,对奥尼杂交鱼(ZX)和雌性尼罗罗非鱼XX的早期性别决定与分化关键时期性腺进行转录组测序,旨在解析LG1的雄性性别决定区间和性别决定位点。目前实验室已完成尼罗罗非鱼雌鱼WL-O.n-XX和超雄鱼WL-O.n-YY、奥利亚罗非鱼超雌鱼WL-O.a-WW和雄鱼WL-O.a-ZZ、实验室红罗非鱼雌鱼WL-red-XX和雄鱼WL-red-XY、广州红罗非鱼雌鱼GZ-red-XX和雄鱼GZ-red-XY的三代基因组测序和组装(未发表)。主要研究内容和结果如下:1.广州红罗非鱼(GZ-red)性染色体的确定。基于实验室前期所获得的适用于奥尼杂交鱼(ZX)和实验室红罗非鱼(WL-red)性别连锁的11个分子标记检测广州红罗非鱼(GZ-red),发现其中1个分子标记(Tmarker18)可以区分雌雄,说明与奥尼杂交鱼、WL-red一样,LG1也是GZ-red的性染色体。2.全基因组重测序鉴定红罗非鱼的性染色体与性别决定区间。对两个不同品系红罗非鱼WL-red和GZ-red雌雄各5尾个体进行Illumina测序,原始数据质控、过滤后,平均获得每个样本24.08G的有效数据,比对到尼罗罗非鱼参考基因组,平均比对率为99.3%。对WL-red和GZ-red雌、雄重测序数据进行全基因组关联分析,检测到与两种红罗非鱼性别连锁SNP高频且密集分布于LG1上。共鉴定出2021个性别连锁SNP定位于24.5-26.4M之间。初步确定其性别决定区间在这2M的范围内。明显小于已报道的通过混池重测序获得的LG1性别决定区间(9M)。3.性别连锁分子标记的筛选。分段提取2 M的性别决定区间内WL-O.n-XX、WL-O.n-YY、WL-O.a-ZZ、WL-O.a-WW、WL-red-XX、WL-red-XY、GZ-red-XX、GZ-red-XY基因组序列,通过多重比对软件Bio Edit进行比对,在有结构变异(插入或缺失)的序列前后设计引物,命名为Marker1-Marker7。对两种红罗非鱼、奥尼杂交鱼群体进行PCR扩增,最终获得2个性别连锁分子标记:Marker6、7。首次筛选到既能区分LG1的2个不同品系红罗非鱼遗传性别,又能区分奥尼杂交鱼遗传性别的分子标记。4.性腺转录组测序。分别对奥尼杂交鱼ZX(♂)以及尼罗罗非鱼XX(♀)早期性别决定和分化关键时期5、10、20和30 dah(days after hatching)性腺取样、提取RNA、建库和转录组Illumina测序。鉴定不同发育时期ZX和XX差异表达基因,在5、10、20、30 dah分别获得1164、1494、4054、8154个差异表达基因。其中,在2M的性别决定区间内存在3个雄性高表达基因(chs1、pbld、cgref1),并且chs1在ZX、WL-red和GZ-red的Z/Y与X染色体上的等位基因的启动子区域存在明显的结构差异。基于此,我们推测chs1可能是罗非鱼LG1性别决定的候选基因。综上,本研究对两种性染色体为LG1的红罗非鱼进行基因组重测序,将LG1的雄性性别决定区间从9M收窄到2M;获得了广泛适用于性染色体为LG1的不同品系红罗非鱼和奥尼杂交鱼的性别连锁分子标记;转录组测序分析鉴定出可能的性别决定候选基因。本研究对罗非鱼的全雄制种及分子标记辅助育种提供了重要的理论支持;对进一步分析罗非鱼性别决定的分子机制、性染色体的进化以及丽鱼的快速成种和适应辐射有重要意义。
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