全基因组选择育种策略及在水产动物育种中的应用前景

全基因组选择的概念自2001年由Meuwissen等提出后便引起了动物育种工作者的广泛关注.目前,澳大利亚、新西兰、荷兰、美国的研究小组已经应用该方法进行了优质种牛的选择育种,并取得了很好的效果.此外在鸡和猪的选择育种中也有该方法的应用,但在水产动物选育中尚未见该方法使用的报道.本文对“全基因组选择育种”的概念和提出背景进行了归纳,对全基因组选择育种的优势进行了阐述,并详细介绍了其具体的策略,总结了目前全基因组育种所广泛采用的方法以及取得的成果,旨在为该方法在水产动物育种方面的应用研究提供科学参考.     

我国科学家成功绘利出鲤鱼全基因组序列图谱

5月6日,“鲤鱼基因组计划”学术报告会暨新闻发布会在北京举行。会上宣布,由中国水产科学研究院水产生物应用基因组研究中心、黑龙江水产研究所和中国科学院北京基因组研究所共同实施的“鲤鱼基因组计划”成功完成了鲤鱼全基因组测序,并绘制了鲤鱼基因组框架图谱、     

最佳遗传贡献理论及其在水产动物选择育种中的应用前景

水产动物多性状复合育种技术已发展成为国内水产选择育种的重要技术体系。在限定的近交水平下,如何选种和配种实现遗传进展最大化是当前该体系亟待解决的一个突出问题。在动植物选择育种中,最佳遗传贡献理论(Optimum Contribution,OC)已成为平衡育种核心群长期遗传进展与近交水平的有效工具。本文论述了OC理论的提出背景和发展过程、不同优化算法的特点和该理论在动植物选择育种中的应用进展,并进一步综述了基于基因组信息的OC理论研究新进展。遗传贡献目标函数的优化算法主要包括拉格朗日乘数法、半正定规划法和差分进化算法等。基于拉格朗日乘数法,执行OC选择10代后获得的遗传进展要比最佳线性无偏预测法(Best Linear Unbiased Prediction,BLUP)育种值直接选择高21%-60%。针对水产动物等高繁殖力大群体,育种学家进一步改进了算法,利用候选亲本父母本群体的加性遗传相关矩阵来计算候选亲本群体的加性遗传相关矩阵和逆矩阵,降低了逆矩阵的维数,提高了最佳遗传贡献值的计算效率。但是拉格朗日乘数法并不能保证求解出的遗传贡献值为全局最大值,而半正定规划方法利用内点算法可以获得候选亲本的最佳遗传贡献值,与前者相比遗传进展可进一步提高1.5%-9%。差分进化算法可将遗传进展、遗传多样性、后代近交、场间遗传联系、多阶段选择、分子标记利用和成本等多种因素纳入目标函数进行优化,同时完成个体选择和交配方案制定两个关键任务。复合系谱和基因组信息,在限定的近交水平下,可以获得更为准确的遗传贡献值,遗传进展可进一步提高。OC选择已经应用在畜牧、林木育种研究中,育种群体的近交水平得到了有效控制,与BLUP直接选择相比,目标性状的遗传进展进一步提高(17%-30%)。针对水产动物多性状复合育种技术体系的特点,本文分析了OC理论应用的紧迫性和可行性,提出了亟待解决的关键技术问题和解决方案,为下一步在水产动物选择育种中应用OC理论提供借鉴和指导。     

扩增片断长度多态性（Amplified fragment length polymorphism，AFLP）在水产动物研究中应用前景

扩增片断长度多态性（Amplified fragment lengthpolymorphism，AFLP）标记技术是一种新的DNA指纹技术主要用于检测DNA多态性。AFLP技术是根据基因组DNA水平的差异进行检测，不受组织和器官、发育阶段、生理条件等诸多因素影响，因此在水产动物中应用AFLP技术具有广阔的前景，可作为水产动物种质鉴定、亲缘关系及种质分类研究的理想标记。     

单核苷酸多态性及其在水产动物遗传育种中的应用

单核苷酸多态性（SNPs）是广泛存在于基因组中的一类由单个碱基转换或颠换引起的DNA序列多态性。它是继限制性片段长度多态性（RFLP）、微卫星标记（SSR）之后的新一代分子标记,已广泛应用于构建遗传连锁图谱、QTL定位、关联分析及研究群体遗传结构与亲缘关系等方面。本文主要介绍了SNPs的概念、特点及检测SNPs的主要方法,综述了SNPs在水产动物遗传育种中的研究进展,以期将SNPs更广泛地应用于水产动物群体遗传、分子标记辅助育种和生物进化等研究领域。     

基于分子标记共祖的亚东鲑育种群体遗传背景分析

为明确亚东鲑(Salmo trutta fario)育种群体遗传背景，为今后亚东鲑的育种工作及家系选育提供理论依据，本研究通过分子标记共祖技术，对雅鲁藏布江渔业资源繁育基地的245尾亚东鲑育种群体的遗传背景进行了分析。结果显示：245个个体被分为6个群体，StfA1、StfC2和StfC3群体中多数个体来源于不同祖先，StfB1、StfC1和StfC4群体中多数个体具有单一的祖先来源；245个个体中基因组近交系数大于0.062 5的个体比例为19.6%(48/245),其中StfA1群体为36.3%(37/102),StfC2群体为5.9%(3/51),StfC3群体为4.3%(2/47),StfC4群体为50%(6/12);基因组近交系数大于0.125的个体有14个，基因组近交系数大于0.25的个体有1个；6个群体内共有115对个体为全同胞近交类型(CC≥0.25),958对个体为半同胞、祖孙或叔侄近交类型(0.125≤CC<0.25),3 653对个体为堂兄妹、半叔侄或曾祖孙近交类型(0.0625≤CC<0.125);6个群体间个体亲缘关系无全同胞近交类型，半同胞、曾孙...     

水产生物基因组研究进展与趋势

本文综述了水产生物基因组研究相关技术的发展历程和关键技术的应用。以二代测序技术的出现为分界点,首先回顾了早期水产养殖生物在遗传学和分子生物学方面的研究结果,以及为开展全基因组测序所做的相关基础研究,然后重点介绍了二代测序技术应用于水产生物全基因组测序和经济性状遗传基础解析的研究进展,最后展望了水产生物基因组研究发展趋势。水产生物经济性状遗传机制高度复杂,从全基因组角度阐明其遗传机制仍有很多难题,但基因决定性状是生物学法则之一,探索这一过程的奥秘引人入胜。     

皮氏蛾螺和水泡蛾螺线粒体基因组及核糖体ITS2的比较研究

利用PCR技术分别扩增皮氏蛾螺和水泡蛾螺的线粒体全基因组以及核糖体第二转录间隔区ITS2,对所得序列进行了分析。结果表明,皮氏蛾螺和水泡蛾螺的线粒体基因组全序列长度分别为15 255bp、15 265bp,具有相似的碱基组成和AT含量,其基因排列顺序完全一致,蛋白质编码基因长度相同,两种螺的ITS2分别为340bp和329bp,一致性达83.6%。经比对发现,皮氏蛾螺和水泡蛾螺的线粒体基因组及ITS2序列与已知的新腹足目动物相似。利用线粒体全基因组和核糖体序列构建系统发育树,两种序列的分析均显示皮氏蛾螺和水泡蛾螺亲缘关系较近。     

10种软骨鱼线粒体基因组特征分析

综合分析了软骨鱼10个物种的线粒体基因组全序列,全面揭示软骨鱼线粒体基因组的基本特征、蛋白质编码基因和差异位点等.软骨鱼10个物种线粒体基因组均编码后生动物标准的37个基因,而且其基因排列完全相同.真鲨目和鳐形目线粒体基因组的13个蛋白质编码基因的Ka/Ks比值都远远低于1(0.019 1～0.156 4),显示出较强的纯化(负)选择.基于线粒体基因组构建的系统发育树结果显示,软骨鱼纲分为两支:全头亚纲和板鳃亚纲.在板鳃亚纲内部,鳐形目和鲼形目聚为一支;真鲨目、鼠鲨目、须鲨目、虎鲨目和角鲨目聚为一支,其亲缘关系为:{[(真鲨目+鼠鲨目)+须鲨目)]+虎鲨目}+角鲨目.软骨鱼线粒体基因组差异位点分析表明,在软骨鱼群体遗传的研究中,had5和nad4基因是理想的分子标记,可以作为coxl基因辅助的分子标记,用于分析软骨鱼不同群体之间的遗传多样性,为其生物多样性的保护及合理利用其生物资源提供更多保障.     

传染性造血器官坏死病毒Sn1203株全基因组序列及系统进化分析

本课题组于2012年从中国东部的虹鳟鱼养殖场分离得到了严重威胁我国鲑鳟鱼养殖的传染性造血器官坏死病毒(IHNV)IHNV-Sn1203病毒株。根据GenBank中收录的IHNV病毒株的序列设计引物,将IHNV-Sn1203基因组序列分成5个片段进行RT-PCR克隆,最终得到完整的IHNV-Sn1203基因组序列。利用Lasergene和MEGA 5.0软件分析了IHNV-Sn1203株的全基因组序列、基因组编码蛋白、基因组末端和未翻译序列、以及病毒基因同源性和系统发育。结果发现,IHNV-Sn1203基因组全长11131nts,共编码6个病毒蛋白,大小分别为核蛋白(N)1176nts、磷蛋白(P)693nts、基质蛋白(M)588nts、表面糖蛋白(G)1527nts、聚合酶蛋白(L)5961nts和非结构蛋白(NV)336nts。IHNV-Sn1203株各基因间均具有保守的基因终止序列(Gene end,GE)、基因间序列(Intergenic regions,IG)、基因起始序列(Gene star,GS)及Kozak序列,以确保病毒基因的转录和翻译效率。系统进化分析发现,IHNV分为E、U、M、L和J共5个基因型,其中IHNV-Sn1203株与中国其他IHNV株具有显著的亲缘关系,属于J基因型中的J Nagano亚型。由G基因的进化分析发现,J基因型的病毒与U基因型亲缘关系最近,推测IHNV病毒最初可能通过进口鱼卵的方式由U基因型引入,随时间的推移逐渐进化为J基因型。     

RAPD技术在水产动物中的研究和应用

RAPD技术是在PCR基础之上发展而来的一种DNA多态性检测方法,具有方便、快捷、经济等特点。概述了RAPD的反应原理及特点,总结了RAPD在水产动物群体遗传结构分析、亲缘关系分析和基因图谱构建等方面的作用,并肯定了RAPD技术在水产动物中的应用前景。     

近交对苏钟Ⅰ系、Ⅱ系繁殖性能的影响

本文估计了苏钟Ⅰ系、Ⅱ系近交母猪的产仔性能及近交（近交母猪与与配公猪之间存在一定亲缘关系及不存在亲缘关系）对产仔性能的影响。苏钟Ⅰ系、Ⅱ系分别为长白二花脸、长白梅山一代杂交,然后横交,采用群体继代法分别选育6、8个世代而成,近两世代每世代的近交系数分别控制在10％－12％、6％－8％左右,近交母猪没有出现繁殖力严重下降等近交衰退现象。结果表明,在杂交培育新品系方面,控制近交在一定水平,是可以的。同时还说明,苏钟Ⅰ系、Ⅱ在杂交时繁殖性能优于自繁。     

奥利亚罗非鱼线粒体基因组全序列测定与系统进化分析

采用LA-PCR(long amplification polymerase chain reaction)扩增方法获得奥利亚罗非鱼(Oreochromis aureus)线粒体基因组全序列.分析表明,序列全长16 632 bp,包括13个蛋白质编码基因、22个tRNA基因、2个rRNA基因和1个长度为931 bp的主非编码区.A、T、G、C碱基的组成分别为27.89％、25.50％、15.62％、30.99％.基因排列与罗非鱼属的其他物种一致.13个蛋白质基因除COX1用TGT做起始密码子外,其他均以ATG为起始,终止密码子除COX2、Cyt b、ND4为不完整的T,其余基因均以典型的TAA做终止密码子.22个tRNA的二级结构都具有典型三叶草结构.系统发育分析显示,罗非鱼属与丽鱼科(Cichlidae)其他物种分开,聚为单系群,其中奥利亚罗非鱼与尼罗罗非鱼亲缘关系较近,莫桑比克非鱼和罗非鱼KM-2006亲缘关系较近.本研究旨在为进一步利用线粒体基因组分析罗非鱼群体遗传多样性、亲缘关系以及丽鱼科系统进化提供基础依据.     

星虫动物线粒体基因组全序列的基因排列和特征比较

综合利用通用引物PCR和长PCR扩增,获得可口革囊星虫的线粒体DNA,结合鸟枪法和引物步移法获得可口革囊星虫的线粒体基因组。比较可口革囊星虫与方格星虫线粒体基因组,所有的37个基因均在同一条链上编码。2个星虫动物线粒体基因组蛋白质编码基因的起始、终止密码子及氨基酸长度存在差异。2个星虫动物的线粒体基因组,存在6个保守的基因区块:(1)nad6-cob-P-S2-C-M,(2)I-K-nad3-F,(3)nad4L-nad4-L2,(4)nad1-W-atp6,(5)nad5-S1及(6)nad2-cox1。去除转运RNA而仅比较蛋白质编码基因和核糖体RNA,则2个星虫动物线粒体基因组主编码基因的基因排列完全一致,均为:cox1-cox2-atp8-cox3-nad6-cob-srRNA-lrRNA-nad3-nad4L-nad4-nad1-atp6-nad5-nad2。星虫动物、环节动物和螠虫动物线粒体基因组共有5个保守区块:(1)cox1-cox2-atp8,(2)nad4L-nad4,(3)srRNA-lrRNA,(4)cox3-nad6-cob,(5)atp6-nad5。在15个主编码基因中,nad5基因和nad4基因变异位点数最多,因此可作为备选的分子标记,用于分析星虫动物不同物种和群体之间的生物多样性。     

世界第一个鲤科经济鱼类基因组计划——“鲤鱼基因组计划”正式启动

鲤鱼基因组计划是我国继水稻、家蚕、黄瓜、牡蛎等基因组计划之后启动的又一项重要经济物种全基因组计划。鲤是我国最具代表性的养殖鱼类之一,也是育成品种最多的水产养殖种类,其基因组测序研究将对鲤的品种培育、病害防治、饲料     

我国水产多性状复合育种技术试验推广取得良好效益

为了推进我国水产养殖良种化进程，全国水产技术推广总站自2004年起引进水产动物多性状复合育种技术，通过多年试验、示范和联合创新，社会、经济效益逐步显现。该技术是在家系选育技术的基础上，综合应用了现代统计学及计算机数据处理技术而形成的一种新技术，具有能同时选育多个养殖经济性状、选择效率高、有效控制近交衰退等优点，是当今世界水产育种技术的发展方向。     

草鱼肠道微生物抗生素抗性基因研究

水产养殖过程中抗生素的过度使用导致耐药菌株不断出现,细菌耐药性成了威胁公共安全的一个全球性问题。抗性基因是细菌产生耐药性的根本原因,动物肠道微生物是抗性基因的储存库,然而目前我国对水产养殖动物消化道微生物抗生素抗性基因的研究匮乏。为探究草鱼（Ctenopharyngodon idellus）肠道微生物中抗性基因的类型和丰度,通过提取草鱼肠道内容物的基因组DNA,采用shotgun宏基因组技术进行测序和序列注释,分析草鱼肠道内容物微生物数据,对比抗性基因数据库ARDB筛选出微生物序列中的抗性基因。结果表明,草鱼肠道内容物共有61554个可注释微生物的基因序列,包括409个真核生物序列、88个古细菌序列和61057个真细菌序列;共得到1011个抗性基因,归为123种基因型,包括78种单抗性基因型（679个单抗性基因）,45种多抗性基因型（304个多抗性基因）,多抗性基因数量占抗性基因总数的30.1%,说明草鱼肠道中可能存在大量的多重耐药性微生物;检出草鱼肠道中数量最多的抗性基因是抗大环内酯类抗生素基因MacB,其在国内水环境中研究甚少,可能是因为其单独存在时无法使微生物表现出抗性。本研究统计了草鱼肠道中微生物抗生素抗性基因的种类及数量,为水产养殖中抗生素的使用监管提供基础数据,验证了宏基因组测序技术检测抗性基因的可行性。     

鲂属鱼类线粒体基因组的比较及其系统发育分析

基于GenBank中团头鲂线粒体基因组全序列和三角鲂、厚颌鲂、广东鲂的部分线粒体基因组序列,设计引物扩增出三角鲂、厚颌鲂和广东鲂3种鱼线粒体基因组全序列,同时对4种鲂属鱼类线粒体基因组全序列进行了比较分析。结果表明,4种鲂属鱼类线粒体基因组基因排列顺序完全相同,排列紧密,均包含13个蛋白质编码基因、22个tRNA、2个rRNA、1个非编码控制区(D-loop区)和1个轻链复制起始区(OL区)。除ND6和8个tRNA在L链上编码外,其余的基因均在H链上编码。4种鲂属线粒体基因组13个蛋白质编码基因中,均呈现出较强的A+T偏向性和C碱基偏好。全序列比对结果显示,共有758个变异位点,其中非简约性信息位点有691个,占总变异位点的91.16%,简约性信息位点有67个,仅占总变异位点的8.84%。22个tRNA基因中只有11个存在种间变异,共23个变异位点,主要发生在tRNA三叶草结构的TΨC和DHU臂环上。13个蛋白质编码基因中共检测出626个变异位点,这些变异主要发生在密码子第三位,占总变异位点的82.59%,其中变异位点数最多的是Cyt b基因,达84个,其次是ND 4基因(83个)。因此,Cyt b和ND4基因可作为备选的分子标记,用于鲂属群体间的遗传学研究。基于4种鲂属鱼类线粒体基因组全序列构建的ML树和BI树均显示,三角鲂与厚颌鲂的亲缘关系最近,团头鲂与它们的亲缘关系相对较近,而广东鲂与前述3种鲂属鱼类的亲缘关系均较远。     

颈链血苔虫线粒体基因组的测定及其系统发育学意义

本研究测定了颈链血苔虫的线粒体基因组。它是一个双链闭合环状分子,全长14144bp,与其他后生动物相比相对较小;颈链血苔虫线粒体基因组所有的基因都编码在同一条链上。相比其他后生动物它具有独特的基因排列顺序,而且与已发表的两个苔藓动物线粒体基因组相比,基因排列顺序也显著不同,这说明苔藓动物线粒体基因组经历了大规模的基因重排过程。基因排列顺序比较分析的结果支持苔藓动物为原口动物的观点,提示我们基因排列顺序的比较分析可能会成为苔藓动物门进化地位确定的良好途径。     

我国完成首个鱼类全基因组序列测定

黄海水产研究所和深圳华大基因研究院于2009年12月联合启动了半滑舌鳎全基因组测序和基因图谱绘制研究项目。近日,这两个科研机构联合宣布,半滑舌鳎全基因组序列测定完成,这是我国完成的首个鱼类基因组测序项目,也是世界上首个鲽形目鱼类基因组序列图谱。