长牡蛎快速生长品系选育及重要功能基因与生长和糖原含量相关性研究

【摘要】长牡蛎(Crassostreagigas)又称太平洋牡蛎，是世界上养殖范围最广、产量最大的海产经济贝类，也是我国重要的传统养殖品种。目前我国长牡蛎养殖业所用种质均未经系统地遗传改良，在大规模累代集约化养殖的过程中出现了生长慢、出肉率低和抗逆性差等种质退化问题，严重影响长牡蛎产业的可持续发展。培育优质、高产、抗逆的长牡蛎新品种是解决这一问题的有效途径。我国的长牡蛎良种选育工作自2006年正式开展，在查清种质资源现状的基础上，2007年构建了中国、日本和韩国三个地理群体的快速生长选育系第一代，至2014年已连续选育七代。在群体选育的同时筛选并纯化培育了多个白壳色、黑壳色、金壳色和紫壳色的长牡蛎核心种质家系，并筛选与长牡蛎生长和糖原含量相关的功能基因及分子标记，为长牡蛎遗传改良提供宝贵素材和理论支持。本研究主要分析了长牡蛎三个地理群体第四代选育系的选育进展及第五代选育系的生长性能及其基因型与环境互作效应；比较了长牡蛎四种壳色家系子代的表型性状；研究了长牡蛎类胰岛素通路关键基因(oIRP、IRR和Ras基因)和β-葡萄糖苷酶基因多态性与长牡蛎生长和糖原含量性状的关联性。主要研究结果如下：1.长牡蛎三个地理群体第四代选育系的选育进展研究了2010年构建的中国、日本和韩国第四代快速生长选育系生长性状的选择反应和现实遗传力及与养殖群体壳型规则度的差异。中国、日本和韩国三个长牡蛎第四代选育系440日龄成贝的壳高分别较其对照组增加13.27%、14.24%和11.07%，总重分别较其对照组增加27.08%、23.16%和15.36%；三个长牡蛎第四代选育系成贝的壳型指数变异率均低于对照组，说明经过连续多代选育各选育系个体间壳型的规则度获得显著提高；中国、日本和韩国三个第四代选育系壳高性状选择反应的平均值分别为0.74、0.71和0.60，现实遗传力的平均值分别为0.33、0.26和0.26。2.长牡蛎三个地理群体第五代选育系的基因型与环境互作效应研究了三个长牡蛎第五代快速生长选育系与商业对照群体的壳高和总重生长速度的差异及其在不同海区成贝阶段的基因型与环境互作效应。各选育系的生长性能均优于同期同法养殖的长牡蛎商品苗种对照组。中国、日本和韩国第五代选育系在收获期时在3个海区较对照组壳高分别壳高分别增加16.16%-29.01%、12.77%-31.98%和3.38%-7.24%，总重分别增加24.18%-60.94%、11.93%-60.28%和4.63%-16.86%。对长牡蛎第五代选育系在3个典型海区的研究发现基因型与环境互作效应对长牡蛎的壳高和总重表型均有一定影响，但与海区环境和基因型相比其作用效果较弱，不会影响长牡蛎的良种选育。3.长牡蛎四种壳色家系子代的表型性状比较本研究分析了长牡蛎白壳色、黑壳色、金壳色和紫壳色四种壳色家系各阶段的表型性状及成贝的生长和存活性状的基因型与环境互作效应。生长性状研究结果表明，浮游阶段10日龄后金壳色和紫壳色家系的壳高显著高于白壳色家系和对照组(P<0.05)；稚贝阶段40和100日龄紫壳色家系的壳高显著高于对照组(P<0.05)，160日龄白壳色家系壳高显著小于其他家系(P<0.05)；成贝阶段金壳色家系的壳高和总重显著高于白壳色和黑壳色家系及对照组。存活率研究结果表明，浮游阶段15和20日龄紫壳色家系的存活率显著高于其他家系(P<0.05)；稚贝期各家系存活率差异不显著；420日龄紫壳色家系的存活率显著高于其他家系(P<0.05)。基因型与环境互作效应对双岛湾和海阳所海区成贝的壳高和壳长影响显著(P<0.05)，对总重和存活率的作用不显著。研究表明长牡蛎的壳色与其生长和存活性状关联显著，成贝阶段生长和存活性状的基因型与环境互作效应相对较弱，不会对长牡蛎在两海区的育种效果产生显著影响。4.长牡蛎胰岛素相关多肽(oIRP)基因SNPs与生长性状关联性研究胰岛素相关多肽基因对多种生物的生长调控和糖类代谢平衡有重要作用。本实验研究了长牡蛎胰岛素相关多肽(oIRP)基因在以三个快速生长选育系为亲本构建的三个自交组和六个杂交组中的多态性，并分析其SNPs和单倍型与生长性状的关联。在oIRP基因1.5kb的扫描片段中共检测到31个SNPs，SNPs的平均密度约为1/50个/bp。检测到六个SNPs(C.455G>A、C.812T>C、C.850G>A、C.965T>A、C.1358T>G和C.1437G>A)与长牡蛎的生长性状关联显著(P<0.05)，其中位点C.1358T>G和C.1437G>A与所有五个生长指标均关联极显著(P<0.01)。在构建的8个单倍型中，单倍型H7(ATGTGA)和H8(ATGTTA)可能为对长牡蛎生长最为有利的单倍型。研究结果证实oIRP基因多态性影响长牡蛎的生长性状，并可能用于以后的长牡蛎高产品系的遗传改良。5.长牡蛎胰岛素受体相关受体(IRR)基因SNPs与生长及糖原含量性状关联性研究胰岛素受体相关受体(IRR)是胰岛素受体家族的一种受体络氨酸激酶，对长牡蛎的生长和繁殖调控等重要生理过程有重要作用。本研究先在五个长牡蛎全同胞家系共336个个体中检测IRR基因的多态性并进行初步的关联分析，然后在来自三个快速生长选育系的206个个体中进一步验证与生长性状关联的SNPs。在IRR基因485bp的编码区中共检测到六个SNPs，其中两个SNPs(C.1996G>A和C.2110C>T)与所检测的长牡蛎家系和选育系的生长性状均关联显著(P<0.05)；在构建的五个二倍型中，D3(GGTT)对长牡蛎生长性状最为有利。在长牡蛎五个家系中检测到四个SNPs(C.2009-2017delGACCTCCCA、C.1996G>A、C.2239C>T和C.2257G>A)与长牡蛎糖原含量相关(P<0.05)；在构建的四种单倍型中，单倍型为H4(ACG)的长牡蛎的糖原含量最高。6.长牡蛎Ras基因SNPs与生长及糖原含量性状关联性研究Ras是多种信号通路的关键因子，对细胞的生长、分化和凋亡过程有重要的调节作用。本研究先在五个长牡蛎全同胞家系共336个个体中检测Ras基因的多态性并进行初步的关联分析，然后在三个长牡蛎快速生长选育系中进一步验证Ras基因SNPs与生长性状的关联性。在Ras基因669bp的片段中共检测到17个SNPs，其中四个SNPs(C.86C>A、C.90T>C、C.112A>G和C.118G>A)与长牡蛎的生长性状关联显著(P<0.05)；在构建的8个单倍型中，H8(ACAA)对长牡蛎生长性状最为有利。在五个长牡蛎家系中检测到四个SNPs(C.86C>A、C.90T>C、C.112A>G和C.118G>A)与长牡蛎糖原含量相关联(P<0.05)；在构建的四种单倍型中，单倍型为H3(CTAA)的长牡蛎的糖原含量显著低于其他单倍型的个体。7.长牡蛎β-葡萄糖苷酶(β-glucosidase)基因SNPs与生长及糖原含量性状关联性研究β-葡萄糖苷酶是一种重要的纤维素酶，在纤维素降解过程发挥重要作用，极有可能参与长牡蛎对纤维素类营养物质的消化和吸收过程。本研究先在五个长牡蛎全同胞家系共336个个体中检测β-葡萄糖苷酶基因的多态性并进行初步的关联分析，然后在三个长牡蛎快速生长选育系中进一步验证与生长性状关联的SNPs。在β-葡萄糖苷酶基因716bp的片段中共检测到12个SNPs，SNPs的平均密度约1/60个/bp。其中四个SNPs(C.247G>A、C.284C>T、C.1260C>T和C.1293T>C)与长牡蛎家系和选育系的生长性状关联显著(P<0.05)；在构建的9个单倍型中，单倍型H9(ACTT)对长牡蛎的生长性状最有利。在五个长牡蛎家系中检测到三个SNPs(C.270G>A、C.284C>T和C.1293T>C)与长牡蛎糖原含量相关联(P<0.05)；在构建的四种单倍型中，单倍型为H1(ACT)的长牡蛎的糖原含量最高。
【作者】丛日浩；
【导师】李琪；
【作者基本信息】中国海洋大学，水产养殖，2014，博士
【关键词】长牡蛎；选育；生长；糖原；基因型与环境互作；SNP；

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