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通过高通量测序鉴定中华长吻鮠性别决定基因PTF1AY的研究

期刊:Aquaculture ReportsDOI:10.1016/j.aqrep.2023.101730

这篇文档属于类型a,即报告了一项原创性研究。以下是针对该研究的学术报告:

作者与发表信息

本研究由Huan Ye、Rui Ruan、Xinhua Song、Jiahui Fan、Hao Du、Jian Shao、Yizhou Wang、Huamei Yue、Tao Zhang和Chuangju Li共同完成。研究团队主要来自农业农村部长江流域淡水生物多样性保护重点实验室(位于中国水产科学院长江水产研究所)、石首长吻鮠原种场以及贵州大学动物科学学院。该研究于2023年9月13日在线发表在《Aquaculture Reports》期刊上,文章编号为101730。

学术背景

本研究属于水产养殖与鱼类遗传学领域。长吻鮠(Leiocassis longirostris)是一种具有重要经济价值的淡水鱼类,其雄性个体生长速度显著快于雌性,因此全雄性种群的生产在水产养殖中具有显著的经济效益。然而,长吻鮠的性别决定机制尚不明确,这限制了其性别控制育种技术的发展。性别决定基因(Sex-determining gene, SD gene)是控制性腺分化的关键遗传开关,了解其机制对于开发性别控制技术至关重要。本研究旨在通过高通量测序技术,鉴定长吻鮠的性别特异性分子标记,并探索其性别决定基因,为全雄性种群的培育提供理论和技术支持。

研究流程

本研究分为多个步骤,具体如下:

  1. 样本收集与表型性别鉴定
    研究从石首长吻鮠原种场收集了32尾幼鱼(16雌、16雄),用于高通量测序以鉴定性别特异性分子标记。此外,还从两个养殖种群和三个野生种群中收集了样本,用于验证性别特异性标记的普遍性。表型性别通过性腺组织学分析(HE染色)确认,基因组DNA从血液或鳍组织中提取。

  2. 高通量测序与候选性别特异性标记筛选
    对16雌和16雄个体的基因组DNA进行高通量测序,生成约521 GB的清洁数据。通过k-mer分析(k=21 bp)鉴定性别特异性k-mer,并从中提取性别特异性reads。最终筛选出9个候选的雄性特异性DNA片段,并设计了9对引物进行PCR验证。

  3. 雄性特异性标记的开发与验证
    通过PCR验证,发现一对引物(cwwf3/r3)能在雄性个体中产生特异性扩增片段。进一步通过基因组步移技术(Genome Walking)扩增了该片段的侧翼序列,最终设计出一对雄性特异性引物(fy/ry),并在两个养殖种群和三个野生种群中进行了验证。

  4. 性别特异性序列的注释与基因表达分析
    通过BLAST比对,将性别特异性序列注释为胰腺转录因子1a(Pancreas transcription factor 1a, PTF1A)基因的同源基因。通过RT-PCR和qPCR技术,分析了PTF1A基因在性腺中的表达模式。

主要结果

  1. 性别特异性DNA片段的筛选与鉴定
    高通量测序共筛选出9个候选的雄性特异性DNA片段,其中一对引物(cwwf3/r3)在雄性个体中产生了特异性扩增片段。进一步分析发现,雄性个体中存在两种异质性序列(1513 bp和862 bp),而雌性个体中仅存在1513 bp的序列。通过基因组步移技术,成功扩增了该片段的侧翼序列,并设计出雄性特异性引物(fy/ry)。

  2. 雄性特异性标记的验证
    在养殖和野生种群中验证了雄性特异性引物的特异性和普遍性。结果显示,该引物在所有雄性个体中均能产生特异性扩增片段,而在雌性个体中无扩增产物,表明该标记能够准确区分长吻鮠的遗传性别。

  3. PTF1A基因的鉴定与表达分析
    通过BLAST比对,发现性别特异性序列为PTF1A基因的同源基因。RT-PCR结果显示,PTF1A基因在卵巢和睾丸中均有表达,但在睾丸中检测到一个特异性片段(600 bp),命名为PTF1aY。qPCR分析进一步证实,PTF1aY仅在睾丸中表达,而PTF1aX在卵巢和睾丸中均有表达。

结论

本研究通过高通量测序技术,成功鉴定了长吻鮠的性别特异性分子标记,并开发了一种基于PCR的遗传性别鉴定方法。此外,研究还鉴定出PTF1aY基因作为长吻鮠性别决定的候选基因。这些结果为长吻鮠性别决定机制的解析和全雄性种群的培育提供了重要的理论和技术支持。

研究亮点

  1. 重要发现
    本研究首次鉴定了长吻鮠的性别特异性分子标记,并揭示了PTF1aY基因在性别决定中的潜在作用。

  2. 方法创新
    研究采用了高通量测序技术和基因组步移技术,开发了一种高效、便捷的遗传性别鉴定方法。

  3. 研究对象的特殊性
    长吻鮠是一种具有重要经济价值的淡水鱼类,其雄性个体生长速度显著快于雌性,因此全雄性种群的培育具有显著的经济效益。

其他有价值的内容

本研究还验证了性别特异性标记在野生种群中的普遍性,表明该标记在不同遗传背景的个体中均具有较高的准确性。此外,研究团队还计划通过基因敲除和过表达实验,进一步验证PTF1aY基因在性别决定中的功能。

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