源于远缘杂交的同源四倍体鱼品系的建立及异源三倍体鱼的优良性状研究

The bisexual fertile allotetraploid hybrids (4n=148) are obtained in F1 hybrids of red crucian carp (2n=100) (♀) × blunt snout bream (2n=48) (♂). Furthermore, autotetraploid fish line (F2-F8) (4n=200) with four sets of the red crucian carp -derived chromosomes are established by self-crossed of the allotetraploid hybrids. This program aims to (1) analyz the genetic composition of the gametes of the allotetraploid hybrids, and then reveal formation mechanism of the autotetraploid fish in distant hybridization; (2)Compare and analyse transcript data and BAC Libraries of the autotetraploid fish and red crucian carp, and then reveal molecular characteristics and mechanism of rapid diploidization in the autotetraploid fish; (3) excellent characteristics and molecular genetic basis of autotetraploid and allotriploid fish are systematically studied. This program has important significances in both fish genetic breeding and biological evolution.

申请者在红鲫（2n=100，♀）×团头鲂（2n=48，♂）的杂交F1代中获得两性可育的异源四倍体鲫鲂（4n=148），并通过自交形成了由4套红鲫染色体构成的同源四倍体鲫鱼品系（F2-F8）。本项目将对鲫鲂F1中异源四倍体鲫鲂产生配子的遗传组成进行分析，揭示远缘杂交过程中同源四倍体鲫鱼的形成机制；对同源四倍体鲫鱼和红鲫的转录组、BAC文库数据进行系统的比较研究，揭示同源四倍体鱼快速二倍体化的分子特征和机制；对同源四倍体鲫鱼、同源三倍体鲫鱼和异源三倍体鲤鱼的优良性状及相关机制进行系统研究。该项在鱼类遗传育种和生物进化方面都具有重要意义。

本项目围绕“源于远缘杂交的同源四倍体鱼品系的建立及异源三倍体鱼的优良性状”开展了一系列的研究并取得了以下研究进展：（1）通过染色体荧光原位杂交（FISH）及雌核发育、回交试验证明异源四倍体鲫鲂(4nRB)的遗传组成及产生不减数配子的类型（包括二倍体配子）。二倍体配子的产生为同源四倍体鲫(4nRR)的形成提供了重要的基础。并利用5S rDNA、Hox 基因以及southern blot实验，揭示了4nRB含有来自于母本红鲫(RCC)和父本团头鲂(BSB)的遗传物质组成，同时也发生了父本部分DNA片段的丢失；（2）对4nRR和RCC的卵巢组织转录组研究，证明了CDKL1，AHCY，ARHGEF3，TGFβ，WNT11， CYP27A， GDF7和CKB八个基因与卵子大小有关，参与了调控细胞增殖，细胞分裂，基因转录，卵巢发育以及能量代谢，为4nRR产生二倍体卵子大于RCC产生的单倍体卵子提供了分子证据。（3）对4nRR的肝脏组织重测序， 获得103Gbp clean data, Q30达到86.30%， 平均覆盖深度为50X，基因组覆盖度为95.87%，通过比对参考基因组，对SNP、InDel、SV和CNV突变的基因分析及DNA水平变异基因注释，为4nRR遗传特征及二倍体化机制的研究奠定了重要基础。（4）通过组织学切片,对4nRR和RCC繁殖期垂体结构及不同发育时期的性腺结构分析，表明4nRR的垂体和性腺组织具有正常结构，且发育基本同步。这一研究从细胞水平上阐述了4nRR具有良好的育性基础。另外，对4nRR的减数分裂时期的染色体行为研究，发现同源四倍化导致了两套染色体结构产生了明显的变异，使同源染色体之间出现了明显的分化，为二价体配对的恢复奠定了重要的染色体基础。(5)对获得的异源三倍体鲤（3nCR）的生殖特性研究，揭示了3nCR完全不育的分子机制，并在生产上推广，产生了明显的经济效益和社会效益。项目的实施不仅为脊椎动物同源多倍化基因组初期变化规律提供了非常重要的信息，也为下一步继续深入研究同源多倍化体系奠定了良好的基础。我们共发表论文56篇，其中SCI论文50篇；相关研究成果被评为国家科技进步二等奖等奖励；获得了国家发明专利5项；项目共培养了毕业博士9名，毕业硕士24名，培养出站博士后1名。