发布日期:2019-07-23

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  日前,在山东省农业良种工程等项目支持下,黄海水产研究所陈松林研究员团队、中山大学林浩然院士团队和美国密歇根州立大学李伟明教授团队等,联合完成了鞍带石斑鱼(龙胆石斑)的全基因组测序和基因组图谱绘制,并解析了其先天性免疫和快速生长的基因组学机制。研究成果在国际重要学术刊物《分子生态资源》(Molecular
Ecology Resources)上在线发表。

中国水产门户网报道

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不久前,中国科学院遗传与发育生物学研究所发表于国际著名期刊《自然》的论文称,该所研究团队已完成小麦A基因组测序和染色体精细图谱绘制。这是继2013年,该团队成功绘制出小麦A基因组祖先种乌拉尔图小麦基因组草图并发表于《自然》之后,在此领域的又一项重大成果。

  石斑鱼是我国重要的海水养殖经济鱼类。鞍带石斑鱼,俗名龙胆石斑、龙趸,是石斑鱼类中体型最大、生长最快的一种石斑鱼,具有抗病力强、生长快速、味道鲜美等特点,因而广泛应用于石斑鱼杂交育种和良种选育。作为体型最大的肉食性岩礁鱼类,鞍带石斑鱼对于岩礁生态系统亦具有重要影响。

青岛新闻网记者从黄海水产研究所获悉,日前在山东省农业良种工程等项目支持下,黄海水产研究所陈松林研究员团队、中山大学林浩然院士团队和美国密歇根州立大学李伟明教授团队等,联合完成了鞍带石斑鱼的全基因组测序和基因组图谱绘制,并解析了其先天性免疫和快速生长的基因组学机制。研究成果在国际重要学术刊物《分子生态资源》(MolecularEcologyResources)上在线发表。

国家海水鱼产业技术体系石斑鱼种质资源与品种改良岗位刘晓春研究团队长期开展石斑鱼类杂交育种研究。其中,以分别经2代群体选育的棕点石斑鱼为母本、鞍带石斑鱼为父本,杂交获得的F1代,即“虎龙杂交斑”,经全国水产原种良种审定委员会审定,于2017年获得了水产新品种证书(GS-02-004-2016)。该新品种具有生长快、抗逆性强等优点,推广养殖效益显著。

中国科学院遗传与发育生物学研究所研究员凌宏清告诉科技日报记者:“世界三大粮食作物中,水稻和玉米基因组测序已相继完成,极大推动了这两大作物的基础和分子育种研究。但是,因小麦基因组的特殊性和复杂性,基因组测序研究进展缓慢,制约了小麦功能基因组学与品种改良研究。”

  研究人员采用二代测序和HiC三维基因组技术,构建了染色体水平的鞍带石斑鱼基因组图谱,结果显示鞍带石斑鱼基因组大小为1.086Gb,含有24718个蛋白编码基因。进化分析和共线性分析显示,鞍带石斑鱼与三棘刺鱼关系最近,分化时间距今约1亿年,两者的部分染色体发生了融合或分裂;与其他鱼类基因组的比较基因组学分析发现,鞍带石斑鱼具有较完善的先天免疫系统,其中一些参与先天性免疫的基因家族(如NOD-like家族)发生了显著扩张,并发生了显著的DNA序列变化(正选择);同时,一些激素信号传导通路的关键基因亦受到正选择,可能与其生长快速的生物学特征有关。

石斑鱼是我国重要的海水养殖经济鱼类。鞍带石斑鱼,俗名龙胆石斑、龙趸,是石斑鱼类中体型最大、生长最快的一种石斑鱼,具有抗病力强、生长快速、味道鲜美等特点,因而广泛应用于石斑鱼杂交育种和良种选育。作为体型最大的肉食性岩礁鱼类,鞍带石斑鱼对于岩礁生态系统亦具有重要影响。

为了对“虎龙杂交斑”杂交亲本进行进一步筛选和遗传改良,岗位科研人员首次对鞍带石斑鱼生长性状开展全基因组关联分析,发现了与生长性状相关的位点和基因,为阐明鞍带石斑鱼生长复杂遗传结构和开展石斑鱼类分子育种提供了科学依据。

时下最“时尚”的小麦育种技术

  鞍带石斑鱼基因组精细图谱的完成,为解析石斑鱼科鱼类生长、抗病等重要经济性状的分子机制奠定了重要基础;同时,鞍带石斑鱼全基因组数据也为石斑鱼杂交育种及良种选育技术的发展提供了有价值的基因资源,对于推动石斑鱼产业的可持续发展具有重要意义。

研究人员采用二代测序和HiC三维基因组技术,构建了染色体水平的鞍带石斑鱼基因组图谱,结果显示鞍带石斑鱼基因组大小为1.086Gb,含有24718个蛋白编码基因。进化分析和共线性分析显示,鞍带石斑鱼与三棘刺鱼关系最近,分化时间距今约1亿年,两者的部分染色体发生了融合或分裂;与其他鱼类基因组的比较基因组学分析发现,鞍带石斑鱼具有较完善的先天免疫系统,其中一些参与先天性免疫的基因家族(如NOD-like家族)发生了显著扩张,并发生了显著的DNA序列变化;同时,一些激素信号传导通路的关键基因亦受到正选择,可能与其生长快速的生物学特征有关。

鞍带石斑鱼是重要的海水养殖鱼类之一,具有重要的经济价值和育种价值。然而,迄今对其生长的遗传调控仍然未知。我们首次对鞍带石斑鱼5个生长性状进行了全基因组关联研究,共鉴定了36个与生长相关的SNPs,其中11个SNPs达到了全基因组显著性水平,这些SNPs解释的表型变异范围为7.09%~18.42%。此外,研究还发现了22个生长性状的数量性状位点,其中9个为显著关联的QTLs,13个为潜在显著关联的QTLs。有趣的是,QTL(LG17:6934451)在体重和体高之间共享,而体长的两个显著QTL(LG7:22596399和LG15:11877836)在全基因组水平上与全长的相关区域一致。在显著相关SNPs的±50kb基因组区域内共发现47个基因,根据基因的位置和功能,我们在关联的区域内确定了8个候选基因,并采用荧光定量PCR进行验证。结果表明,PITPNC1、PTPRE、ABHD17C和VEGFAA4个基因在实验组和对照组中有显著的表达差异,这些基因与鞍带石斑鱼的代谢、发育和应激反应等相关。

随着全球作物育种技术的不断发展,育种家们已将“一条腿”跨入了第三代育种时代。

鞍带石斑鱼基因组精细图谱的完成,为解析石斑鱼科鱼类生长、抗病等重要经济性状的分子机制奠定了重要基础;同时,鞍带石斑鱼全基因组数据也为石斑鱼杂交育种及良种选育技术的发展提供了有价值的基因资源,对于推动石斑鱼产业的可持续发展具有重要意义。

研究成果以“FirstGenome-wideAssociationAnalysisforGrowthTraitsintheLargestCoralReef-DwellingBonyFishes,theGiantGrouper(Epinepheluslanceolatus)”为题,于2019年8月7日在线发表在Marinebiotechnology。

根据作物性状进行育种,如传统杂交育种,为第一代。采用这种方法,无需对作物的性状形成机理“知其所以然”,对性状进行直接选择。不过,困于作物性状受环境的影响,此种选择方法是对基因的一种间接选择,效果低,有时无法“幸运”地选择到可控制优良性状的基因。因此,育成一个品种往往需要较长时间。

论文链接:

第二代为分子标记育种。人们逐渐认识到作物性状由染色体上某段DNA序列来决定。研究人员便试图找到一些与性状紧密连锁的分子标记,在选育后代品种时对这些标记进行选择,最终实现对性状的定向选择。这种方法比第一代技术“靠谱”,但离精准“靶向”寻找优良性状基因,尚有差距。

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