中国对虾人工选育下基因组变异特征及抗WSSV相关基因筛选

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中国对虾(Fenneropenaeus chinensis)是我国重要的海水养殖经济物种之一,上世纪80年代至90年代中国对虾养殖产量取得重大突破,逐渐成为我国重要的海水养殖品种之一。目前由于白斑综合症病毒(white spot syndrome virus,WSSV)的影响以及国内对虾种质资源良莠不齐等问题的困扰,中国对虾养殖产业依然面临巨大挑战。为了保证我国对虾产业的可持续发展,自1996年黄海水产研究所开始实施中国对虾良种选育计划,并先后培育了多个具有优良性状的中国对虾新品种。物种在高强度的人工选择压力下,基因组会留下一定的选择痕迹。为了探究中国对虾在长期人工选择压力下基因组遗传变异特征,本研究以中国对虾选育群体及野生群体为材料,通过对四个世代选育群体及野生群体进行2b-RAD简化基因组测序,通过分析群体间遗传分化、遗传多样性和等位基因频率在群体间变化规律,了解野生群体与人工选育群体遗传结构以及遗传多样性特征,挖掘中国对虾选育群体在持续人工选育过程中受选择的SNP位点;同时中国对虾新品种“黄海5号”是以抗病性和生长速度为目标性状,采用多性状复合育种技术,经连续6代选育而成,抗WSSV能力比未经选育的中国对虾相比提升30.1%,为了筛选中国对虾WSSV抗性组与敏感组受WSSV感染后基因表达差异,本研究对抗性组家系及敏感组家系进行WSSV感染和转录组测序,利用加权基因共表达网络分析(weighted gene co-expression network analysis,WGCNA)筛选鉴定中国对虾抗WSSV基因表达网络中高度协同的基因集,进而筛选与抗WSSV相关的候选基因,在分子水平为中国对虾抗WSSV提供一定的理论基础。本研究主要结果如下:1.中国对虾野生群体与选育群体遗传多样性分析及差异SNP位点筛查利用2b-RAD简化基因组测序技术对中国对虾四代选育群体与一个野生群体进行SNP检测,共得到83,767个SNP位点。F-统计结果显示,野生群体与选育群体间遗传分化系数(Fst)均值为0.022,野生群体与2019年选育群体之间遗传分化程度最高为0.0260,与2015年选育群体之间遗传分化程度最低为0.0190;野生群体与选育群体之间遗传分化系数(Fst)均小于0.05,为弱遗传分化。群体主成分分析(PCA)结果显示野生群体与选育群体之间遗传结构未发生明显改变。遗传多样性统计结果表明野生群体与选育群体期望杂合度(He)均值分别为0.1716和0.1806,观测杂合度(Ho)均值分别为0.1861和0.1943,多态性信息含量(PIC)均值分别为0.1428和0.1515,核苷酸多态性(Pi)均值分别为0.1732和0.1813,其中2017年、2019年选育群体各遗传多样性指数与野生群体相比均存在显著性差异(P<0.05)。对不同世代选育群体与野生群体进行选择消除分析,分别得到92个、103个、166个、117个受选择SNP位点,共有位点数目为4个。相邻世代选育群体之间等位基因频率逐代上升的共有位点数目为7107个,其中3674个位点显著偏离哈迪-温伯格平衡(P<0.05);等位基因频率逐代下降的共有位点数目为8501个,其中4101个位点显著偏离哈迪-温伯格平衡(P<0.05)。研究结果表明中国对虾经过累代人工选育,依然具有较高的遗传选育潜力,可以继续作为人工选育材料。2.中国对虾抗WSSV候选基因筛选对中国对虾WSSV抗性家系及敏感家系进行WSSV感染实验,利用两个家系感染WSSV96h高病毒载量个体、低病毒载量个体以及未感染WSSV的个体进行转录组测序,18个样本文库测序得到的Clean bases范围在11.63G~14.54G;测序错误率在0.02%~0.03%;GC含量范围在49.89%~54.45%,比例在正常范围内;Q20和Q30最低值分别为96.5%和92.17%。通过加权基因共表达网络分析(WGCNA)寻找中国对虾抗WSSV基因调控网络中核心基因。利用WGCNA构建基因共表达网络,结合表型性状筛选特异模块以及模块中连接性较高的基因。结果发现MEdarkmagenta模块与WSSV病毒载量浓度高度相关,该模块共包含69个基因,通过对该模块进行GO和KEGG分析,结果表明抗原处理与提呈通路(Antigen processing and presentation)通路中注释到的γ-干扰素诱导的溶酶体硫醇还原酶基因(GILT)与WSSV存在较强关联。为后续中国对虾抗病及分子育种提供一定的理论基础。
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