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通过2b-rad测序鉴定乌苏里拟鲶性别特异性序列

期刊:AquacultureDOI:10.1016/j.aquaculture.2021.736639

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研究作者与机构
本研究的主要作者包括Chuankun Zhu、Haiyang Liu、Lei Cheng、Zhengjun Pan、Guoliang Chang、Nan Wu、Hui Wang、Huaiyu Ding、Ying Fang和Long Wang。他们分别来自淮阴师范学院(Jiangsu Engineering Laboratory for Breeding of Special Aquatic Organisms)、中国水产科学研究院珠江水产研究所(Key Laboratory of Tropical and Subtropical Fishery Resources Application and Cultivation)和中国水产科学研究院黑龙江水产研究所(Key Laboratory of Freshwater Aquatic Biotechnology and Breeding)。该研究于2021年3月13日在线发表在期刊《Aquaculture》上,文章编号为736639。

学术背景
该研究的主要科学领域为水产养殖与鱼类性别决定机制。性别特异性标记和序列是分析性别决定机制和进行性别控制育种的重要工具。乌苏里拟鲿(Pseudobagrus ussuriensis)是一种高经济价值的水产鱼类,其雄性生长速度显著快于雌性,因此全雄性育种具有巨大潜力。然而,关于该鱼类的性别决定机制的研究较为有限。本研究旨在通过2b-RAD(reduced representation sequencing)测序技术,鉴定乌苏里拟鲿的性别特异性序列,为进一步理解其性别决定机制和全雄性育种提供支持。

研究流程
研究流程包括以下主要步骤:
1. 样本准备:从淮安渔业技术指导站收集了210尾四龄成熟的乌苏里拟鲿亲鱼,包括100尾雄性和110尾雌性。通过体型和腹部形态初步鉴定性别,并在人工繁殖过程中通过配子进一步确认。从中选取5尾雌性和5尾雄性进行2b-RAD测序,其余95尾雄性和105尾雌性用于验证。此外,还构建了两个全同胞家系,每个家系包含150尾八个月龄的后代,用于性别比例分析。
2. 2b-RAD测序与性别特异性标签鉴定:使用2b-RAD方法对5尾雌性和5尾雄性进行测序,构建测序文库。测序数据经过质量控制后,使用Stacks软件构建一致性标签,并通过Perl脚本鉴定雄性特异性标签。随后,将潜在雄性特异性标签与雌性基因组比对,筛选出无同源序列的标签。
3. 雄性基因组测序与性别特异性序列筛选:选择一尾雄性个体进行基因组测序,组装雄性基因组草图。将潜在雄性特异性标签延伸,并与雌性基因组进行比对,筛选出性别特异性序列。
4. 性别特异性标记的开发与验证:设计引物对潜在性别特异性标签和序列进行PCR验证,分别在10尾雄性和10尾雌性中进行初步筛选,随后在90尾雄性和100尾雌性中进行进一步验证。
5. 全同胞家系的性别比例测试:使用新开发的性别特异性标记对两个全同胞家系的300尾后代进行性别鉴定,并与之前开发的微卫星标记进行比较。
6. 性别特异性序列的注释:通过GenBank、黄颡鱼(Pelteobagrus fulvidraco)和斑点叉尾鮰(Ictalurus punctatus)基因组数据库对性别特异性序列进行注释,筛选出潜在的性别相关基因。

主要结果
1. 雄性特异性标签的鉴定:通过2b-RAD测序获得了84.52 million条clean reads,其中雌性和雄性分别为47.30 million和37.22 million条。共鉴定出349个潜在雄性特异性标签,其中20个标签在雌性基因组中无同源序列。
2. 雄性基因组的组装与性别特异性序列的筛选:雄性基因组测序获得了689.04 million base pairs的基因组草图,筛选出14条性别特异性序列,其中12条为雄性特异性,2条为雌性特异性。
3. 性别特异性标记的验证:在验证过程中,3个2b-RAD标签和7条雄性特异性序列被确认为可靠的雄性特异性标记。
4. 全同胞家系的性别比例:使用性别特异性标记鉴定的性别比例与预期1:1的比例相符,进一步支持了XX/XY性别决定系统的推断。
5. 性别特异性序列的注释:通过注释发现了12个候选基因,其中5个基因在雌性和雄性转录组中差异表达。

结论
本研究通过2b-RAD测序技术成功鉴定了乌苏里拟鲿的性别特异性序列,并开发了可靠的雄性特异性标记。研究结果表明,乌苏里拟鲿的性别决定系统为XX/XY型,且多个性别特异性序列可能位于同一染色体上,推测为性染色体。这些结果为乌苏里拟鲿的性别决定机制研究和全雄性育种提供了重要的分子工具和理论基础。

研究亮点
1. 重要发现:首次在乌苏里拟鲿中鉴定了多个性别特异性序列,并确认其性别决定系统为XX/XY型。
2. 方法创新:结合2b-RAD测序和基因组测序技术,高效筛选和验证性别特异性序列。
3. 研究对象的特殊性:乌苏里拟鲿作为一种高经济价值的水产鱼类,其性别控制育种具有重要的应用价值。

其他有价值的内容
研究还发现,多个性别特异性序列在黄颡鱼和斑点叉尾鮰的基因组中均位于第6号染色体,提示这些序列可能来自乌苏里拟鲿的性染色体。这一发现为进一步研究鱼类性染色体的进化提供了线索。


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