【摘要】：鯉(Cyprinus carpio),廣泛分布于從亞洲到歐洲的各個水域,具有悠久的養(yǎng)殖馴化歷史。我國具有豐富的鯉種質資源,包括黃河鯉、荷包紅鯉、甌江彩鯉、松浦鏡鯉等品種、品系。鯉的遺傳多樣性和其具有的異源四倍體基因組使得對該物種的研究越來越多,涉及遺傳、免疫、進化等研究領域,同時涌現(xiàn)出大量可用的基因組、轉錄組、蛋白組等數(shù)據(jù)資源,為相關研究提供了更多技術及數(shù)據(jù)支持。鑒于鯉的重要生物學及經(jīng)濟價值,本文開展了鯉頭型性狀的全基因組遺傳定位及生長相關基因的擴增子二代測序、SNP挖掘,并且系統(tǒng)研究了對骨骼及生長發(fā)育至關重要的bmp基因家族在四倍體鯉中的基因保留、表達模式、系統(tǒng)進化關系等。1.鯉頭型性狀的全基因組遺傳解析頭型性狀是魚類的重要性狀,不僅可以作為判別不同品種品系的形態(tài)學指標,同時影響魚的出肉率,因此也是重要的經(jīng)濟性狀。在魚類中,頭型性狀的遺傳控制機制仍不清晰。在本研究中,我們利用來自多個家系的433尾黃河鯉個體進行了全基因組關聯(lián)分析(GWAS),以鑒定與頭型相關性狀包括頭長(HL)、頭長/體長比(HBR)、眼徑(ED)和眼間距(EC)相關的位點及基因。同時,利用鯉高密度遺傳連鎖圖譜對其中個體數(shù)最多的G1家系進行數(shù)量性狀位點定位(QTL)研究,以排除種群結構的影響,提高候選基因挖掘的功效。GWAS定位到12個與頭型顯著相關的位點,QTL定位得到18個顯著性QTL區(qū)間。本研究結合GWAS和QTL的方法能夠互相補充,增加我們對鯉魚頭型性狀遺傳機制的理解。為了探究頭型與生長性狀之間的相關性,對頭型性狀和已發(fā)表生長性狀的QTL定位結果進行了比較,部分QTL區(qū)間存在重疊,顯示了它們的遺傳機制可能具有重疊性。對顯著性位點附近進行候選基因挖掘,得到parv,srpk2,fsrp5,igf1,igf3,grb10,igf1r,notch2,sfrp2等與頭型潛在相關的基因,這些基因中許多已被證明與骨骼發(fā)生和個體生長有潛在相關性。Igf1與黃河鯉魚頭型和生長同時具有相關性;硬骨魚類特有igf3基因不僅與頭長相關,也與頭長體長比相關。我們的研究顯示了Igf信號通路在鯉魚生長和頭型中均具有重要作用,并且協(xié)同其他與骨骼、生長發(fā)育相關的信號通路,如TGF-β、WNT等,共同調控鯉的頭型,研究結果有望應用于鯉魚及其他物種的選擇育種,培育具有特殊頭型的魚類,滿足經(jīng)濟或觀賞需求。2.基于擴增子重測序的鯉生長相關基因的SNP挖掘生長性狀在經(jīng)濟物種中得到廣泛研究,已鑒定到多個生長相關的遺傳座位或基因。為了精確定位生長性狀相關的SNP,在已發(fā)表數(shù)據(jù)中選取12個生長相關的候選基因,在鯉基因組中調取基因全長序列,在黃河鯉體重、體長、去內(nèi)臟重表型極端群體中進行PCR擴增,并借助Ion PGM測序平臺使用PGM 318芯片進行擴增子重測序。對高通量測序數(shù)據(jù)進行SNP挖掘,共得到441個生長相關的SNP。對SNP進行注釋及定位,發(fā)現(xiàn)18個SNP位于基因的外顯子區(qū),分別涉及somatolactin(smtl)、insulin-like growth factor1(igf1)、neuropeptide FF receptor 1(npffr1)、bone morphogenetic protein 10(bmp10)基因。通過進一步的統(tǒng)計檢驗及過濾篩選,獲得5個與鯉生長密切相關的SNP位點,分別位于smtl、igf1外顯子區(qū)。其中,smtl基因中的SNP-1、SNP-2、SNP-3在體重高、低兩群體中等位基因頻率差異明顯,如SNP-1在生長快群體中表現(xiàn)為C等位基因頻率約為T等位基因頻率的2.6倍,而在生長慢群體中表現(xiàn)為C等位基因與T等位基因均衡出現(xiàn),可見在該位點C/C純合可能對鯉魚的生長具有增效;SNP-2與SNP-3則與SNP-1具有相反的趨勢,表現(xiàn)為在生長較快群體中兩種等位基因頻率無顯著差異,而在生長較慢群體中差異較為明顯,說明在這兩個位點兩種等位基因的雜合可能對鯉魚的生長具有增效。此外,SNP-2為非同義突變,表現(xiàn)為編碼氨基酸由纈氨酸轉變?yōu)榧琢虬彼�。在igf1中存在2個SNP對鯉的生長具有潛在影響,分別為SNP-4、SNP-5。其中,SNP-4在生長快群體中表現(xiàn)為C/C純合,而在生長慢群體中表現(xiàn)為一定比例的C/T雜合,說明在該位點C/C純合可能更具有生長優(yōu)勢;而在SNP-5中T/T純合相對于T/C雜合可能更具有生長優(yōu)勢。在黃河鯉群體中進行sanger測序驗證發(fā)現(xiàn),SNP-3在體重高、低個體中等位基因型頻率差異顯著,表現(xiàn)為體重高的個體為TA雜合,提示該位點雜合可能對體重有增效,該位點已用于分子選育家系的構建。研究結果為鯉生長快速新品種、品系選育提供重要的參考依據(jù),為其他魚類經(jīng)濟性狀的分子選育工作提供理論指導。3.鯉bmp基因家族的系統(tǒng)研究骨形態(tài)發(fā)生蛋白(Bmps)是一類信號蛋白,已知在各種器官形成和功能維持中起著重要作用,特別是在骨骼發(fā)生和生長發(fā)育中扮演重要角色。在以往的研究中顯示,Bmp信號通路可能參與調控鯉頭型及生長性狀,且與其他近緣二倍體硬骨魚相比,鯉經(jīng)歷了第四輪全基因組復制(4R WGD)事件,因此使它成為研究硬骨魚基因組進化的重要模式生物。目前,鯉已經(jīng)有豐富的基因組數(shù)據(jù)資源儲備,為鯉bmp基因家族的系統(tǒng)研究提供了極大便利。在鯉基因組中共鑒定到44個bmp基因,是斑馬魚的兩倍,提示該基因家族的擴張源于最近一次全基因組復制事件,使其與其他二倍體硬骨魚相比擁有更豐富的拷貝基因。系統(tǒng)發(fā)育分析顯示bmp基因家族成員在進化上高度保守,可以分為5個亞家族。對鰓、腸、肝、脾、皮膚、心臟、性腺、肌肉、腎臟、頭腎、腦和血液等主要組織的表達譜分析,顯示了四倍化的基因組中bmp基因得到了全面廣泛的表達,但是同源拷貝基因間也存在著顯著的表達差異,提示了在最近一輪全基因組復制事件之后加倍的bmp基因拷貝間可能存在功能的分化,如亞功能化、新功能化。對bmp4、bmp5基因進行共線性分析,提示了4R WGD后鯉基因組可能存在基因丟失或染色體重排現(xiàn)象。鯉bmp基因家族的系統(tǒng)研究為理解硬骨魚類基因組進化提供了更多的線索。
【學位授予單位】：河南師范大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：S917.4
【圖文】：

matrix）對個體的遺傳背景進行聚類分析。第一和第二維度使用 R 包繪圖，以顯示個體間的親緣關系（圖 2-1 和圖 2-2）。圖2-1 基于親緣關系矩陣的GWAS樣本的遺傳結構X 軸代表第一維，Y 軸代表第二維，不同顏色顯示不同家系來源，粉色陰影為 G1 家系Fig 2-1. Sample structure identified by a centered relatedness matrix in GEMMA.The first dimension (mds 1) was assigned to X axis, and the second dimension (mds 2)was assigned to Y axis. Individuals from G1family were circled in pink.

7圖2-2 基于相似性矩陣的QTL定位樣本的遺傳結構X軸代表第一維，Y軸代表第二維Fig 2-2. Sample structure identified by IBS similarity matrix for QTL. The firstdimension (mds 1) was assigned to X axis, and the second dimension (mds 2) wasassigned to Y axis.先用 PLINK 軟件進行初步的全基因組關聯(lián)分析。 全基因組范圍的經(jīng)驗性 p值用 100,000 次置換檢驗校正。 基因組 inflation factor (λ = median(Xi2)/0.456),Xi2 是所有標記或者實際關聯(lián)分析卡方統(tǒng)計量的分布，λ>1 說明群體分層或者基因分型錯誤（基因分型錯誤的 SNP 已被過濾）。在不同表型中 λ 的變化范圍為1.50-8.73（表 1），表明樣本潛在的群體分層，和 MDS 的結果一致（圖 2-1）。為了適應群體分層，使用 GEMMA 軟件進行 GWAS 分析，GEMMA 軟件可以估算個體的親緣關系矩陣并加入關聯(lián)分析中，其應用全基因組高效混合模型關聯(lián)算法，將親緣關系矩陣、表型和基因型擬合成單變量線性混合模型，如下：y

占身體的比例，直接影響到魚體出肉率，因此對該性狀遺傳基礎的解析將對頭型性狀性狀的了解提供更多有價值的信息。圖2-3 生長性狀和頭型性狀的相關性分析Fig 2-3. Phenotypic correlation of the related traits in Yellow River carp. Circlesize was distinguished by correlation coefficient; x indicate no correlation.2.2.2 GWAS 和 QTL 定位GWAS 中定位 12 個顯著性 SNPs（-log10P > 5.02），其中頭長顯著性 SNP 為4 個，頭長體長比為 1 個，眼徑為 4 個，眼間距為 4 個（表 2-2，圖 2-5），這些

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本文編號：2760234