项目文章丨同源四倍体鲫候选性别决定基因挖掘及性别特异性标记开发

 

 

 

雌性红鲫（Carassius auratus red var., 2n=100, ♀）与雄性团头鲂（Megalobrama amblycephala，2n=48，♂）亚科间的远源杂交行为可以得到两性可育的异源四倍体鲫鲂，因为其遗传组成的特殊性导致生殖细胞发育的特殊性可以产生由两套红鲫染色体组成的同源二倍体配子，在成功培育出的F2中获得了新型两性可育的同源四倍体鲫（Autotetraploid Carassius auratus, 4n=200），其包含4套红鲫染色体组。这是世界上首例通过远缘杂交途径研制出的两性可育的同源四倍体鱼品系。该品系的形成为证明远缘杂交可以形成同源四倍体鱼提供了直接证据，也为研究这种演化途径提供了理想的试验材料体系。同源四倍体鲫可与其他二倍体鱼（2n=100）进行倍间杂交，大规模制备优质三倍体鱼(3n=150)，是非常重要的种质资源。鱼类具有原始且多样的性别决定系统，研究鱼类性别机制不仅可以促进脊椎动物性染色体起源与演化的探索，而且在鱼类大规模养殖中具有重要的经济价值。同源四倍体鲫来源于红鲫全基因组复制，具有更复杂的基因组和性别决定机制，候选性别决定基因的挖掘及性别特异性标记的开发将具有更大的挑战性。

 

 

近期，刘少军院士团队在Science China Life Sciences上以“Unveiling potential sex-determining genes and sex-specific markers in autotetraploid Carassius auratus”为题发表研究结果。本研究首次基于全基因组重测序技术，结合生物信息学方法，确定了同源四倍体鲫潜在的性别决定基因及性别特异性分子标记，为同源四倍体鲫的性别决定机制提供了新见解。万摩科技承担了本研究的测序和分析相关工作。

文章原名：Unveiling potential sex-determining genes and sex-specific markers in autotetraploid Carassius auratus

文章译名：同源四倍体鲫候选性别决定基因挖掘及性别特异性标记开发

发表时间：2024年8月9日

发表期刊：Science China Life Sciences

IF：8.0

 

研究结果

 

1

 

数据测序与变异检测

首先分别采集同源四倍体鲫雌雄各50尾进行基因组重测序，经过数据过滤获得5,633.74G干净数据，然后利用BWA和GATK进行变异检测，经过数据过滤检测到25,801,677个SNPs和6,210,306个InDels。

图1 SNP和InDel密度分布

2

 

群体结构分析

基于群体SNP检测结果，分别利用VCF2PCACluster和VCF2Dis进行主成分分析和系统发育分析，均未在雌雄群体间检测到明显的遗传结构。

图2 雌雄群体主成分分析与系统发育分析

3

 

性别相关变异鉴定与定位

基于FST群体分化指数、ED欧氏距离和差异SNP数目三种方法鉴定同源四倍体鲫性染色体和性别决定区域，最后确定Chr46B号染色体为候选性染色体，并进一步确定该染色体的22.50 Mb-22.80 Mb为候选性别决定区域。

图3 性别关联曼哈顿图

4

 

性别决定区域PCR扩增验证

根据候选性别决定区域，在Chr46B: 22,647,031-22,647,032 bp处发现雄性个体基因组中有一段26个碱基的插入，基于该序列成功设计出一对性别特异性分子引物，并进一步通过琼脂糖凝胶电泳实验证明了该分子标记能够有效、准确地鉴定同源四倍体鲫的遗传性别。

图4 性别决定区域雌雄个体序列差异（左侧雌性，右侧雄性）

图5 性别特异性引物开发及验证

5

 

候选基因功能注释

为了进一步探究同源四倍体鲫的性别决定机制，对候选性别决定区域内的SNP位点进行连锁不平衡分析，并对该区域内的候选基因进行注释分析。性别决定区域内的SNP位点高度连锁，分化显著。6个候选性别决定基因中，ADAM10、 AQP、pclaf、RPS17和tc1a等5个基因在各种GO分类中富集，ADAM10、AQP9和RPS17等3个基因在各种KEGG通路中富集。

图6 候选性别决定区域连锁不平衡分析

图7 候选性别决定基因功能富集分析

6

 

候选基因性腺表达验证

为验证候选性别决定基因在雌雄鲫鱼性腺组织中的表达差异，挑选了9个特异基因进行RT-qPCR验证，最终确定ADAM10、AQP9和tc1a为同源四倍体鲫的候选性别决定基因。

图8 候选性别决定基因表达验证

(ADAM10 (A)、AQP9 (B)、 LOC107574091 (C)、pclaf (D)、 RPS17 (E) 和tc1a (F))

 

结  论

本研究通过全基因组重测序技术，确定了同源四倍体鲫候选性别决定区域及候选性别决定基因，成功开发了一对能够有效、准确鉴定同源四倍体鲫遗传性别的性别特异性分子引物，为鱼类性别决定机制、性染色体演化及单性群体的开发研究奠定了坚实的基础。

 

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