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中国长吻鮠性别决定系统的研究及性别特异性标记的开发

期刊:aquacultureDOI:10.1016/j.aquaculture.2021.737730

本文档属于类型a,即报告了一项原创研究的科学论文。以下是对该研究的详细学术报告:

主要作者及研究机构
本研究由Shiming Dai、Yulin Zhou、Xinfen Guo、Min Liu、Tao Wang、Zhi Li、Dong Han、Jie Mei、Zhongwei Wang和Jianfang Gui共同完成。研究团队来自中国科学院水生生物研究所淡水生态与生物技术国家重点实验室、中国科学院大学、湖北洪山实验室以及华中农业大学水产学院。该研究于2022年发表在期刊《Aquaculture》上。

学术背景
长吻鮠(Leiocassis longirostris)是中国重要的经济鱼类,具有显著的性别大小二态性(sexual size dimorphism, SSD),即雄性和雌性在体型和生长速度上存在显著差异。然而,长吻鮠的性别决定系统及其机制尚不清楚。性别决定系统的研究对于水产养殖中单性群体的生产具有重要意义,因为单性群体可以提高养殖效率和经济效益。近年来,通过性别染色体连锁遗传标记辅助的性别控制育种技术被广泛应用,为鱼类单性群体的生产提供了便利。本研究旨在揭示长吻鮠的性别决定系统,并开发性别特异性标记,为未来水产养殖中全雄性群体的生产提供技术支持。

研究流程
研究分为以下几个主要步骤:
1. 人工雌核发育(artificial gynogenesis):通过异源精子诱导长吻鮠的雌核发育,成功建立了全雌性群体。这一步骤的关键是确定冷休克的最佳启动时间和持续时间,以确保雌核发育的成功率。
2. DNA含量测定和染色体计数:通过流式细胞术和染色体计数,验证了雌核发育后代的遗传特性,确认其为二倍体,并且所有后代均为雌性,表明长吻鮠可能采用XX/XY性别决定系统。
3. 2b-RAD测序和候选性别特异性标记筛选:对20个个体(10雄性和10雌性)进行2b-RAD测序,筛选出仅在雄性中存在的候选标记,并通过PCR扩增和测序验证了这些标记的特异性。
4. 性别特异性标记的开发:基于筛选出的Y特异性序列和X特异性序列,设计了Y特异性和XY共享的引物,并在多个群体中验证了这些标记的准确性。
5. 性别特异性标记的验证:在全同胞家系、雌核发育群体以及两个地方群体中验证了性别特异性标记的准确性,进一步确认了长吻鮠的XX/XY性别决定系统。

主要结果
1. 人工雌核发育:通过冷休克处理,成功诱导了长吻鮠的雌核发育,所有雌核发育后代均为雌性,表明长吻鮠采用XX/XY性别决定系统。
2. DNA含量测定和染色体计数:雌核发育后代与正常后代的DNA含量和染色体数目相同,均为二倍体,进一步支持了XX/XY性别决定系统的结论。
3. 2b-RAD测序和候选标记筛选:通过2b-RAD测序,筛选出7个仅在雄性中存在的候选标记,并通过PCR扩增和测序验证了这些标记的特异性。
4. 性别特异性标记的开发:基于Y特异性序列和X特异性序列,成功开发了Y特异性和XY共享的引物,并在多个群体中验证了这些标记的准确性。
5. 性别特异性标记的验证:在全同胞家系、雌核发育群体以及两个地方群体中,性别特异性标记均能准确识别遗传性别,进一步确认了长吻鮠的XX/XY性别决定系统。

结论
本研究首次揭示了长吻鮠的XX/XY性别决定系统,并成功开发了性别特异性标记。这些标记可以用于长吻鮠的性别控制育种,为未来水产养殖中全雄性群体的生产提供了技术支持。此外,本研究还为鱼类性别决定和性别染色体进化的研究提供了新的见解。

研究亮点
1. 性别决定系统的揭示:首次确认长吻鮠采用XX/XY性别决定系统。
2. 性别特异性标记的开发:成功开发了Y特异性和XY共享的引物,并在多个群体中验证了其准确性。
3. 人工雌核发育技术的应用:通过异源精子诱导雌核发育,成功建立了全雌性群体,为性别决定系统的研究提供了重要证据。
4. 2b-RAD测序技术的应用:利用2b-RAD测序技术筛选性别特异性标记,为鱼类性别决定研究提供了新的方法。

其他有价值的内容
研究中还发现了一个三倍体后代,其染色体数目为78条,并且为雌性。这一发现为进一步研究三倍体的形成机制和繁殖能力提供了新的研究方向。

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