拟穴青蟹染色体性别决定机制研究

The mud crab Scylla paramamosain has a big potential for unisexual culture, because the females have many advantages than the males, such as faster growth rate, bigger body size, and higher nutritional value. However, little information could be available for the genetic differences between sexes, and what’s more, the sex determination system is still unknown that has severely limited the studies on sex control and unisexual breeding. In our previous study, sex linked SNP molecular markers and sex associated genes were obtained. Here we plan to further discover the chromosome sex determination system of S. paramamosain using molecular and cell biology technology. Firstly, we will illuminate the inheritance pattern of sex linked markers in full-sib families by genotyping technology, and deeply isolate sex associated genes based on recently completed draft genome. Secondly, we will construct high-density genetic linkage maps, map the sex determination region, sex linked markers, and sex associated genes, and identify the sex related linkage group. Finally, we will reveal the mapping characteristics of sex linked markers and sex associated genes on chromosomes using FISH technology, and further distinguish the sex related chromosome and clarify the chromosome sex determination system. This study will provide new insights into sex determination system of marine crabs, and facilitate the studies on sex reversal, sex control, and unisexual breeding.

拟穴青蟹雌雄间在生长速度、个体大小、营养价值等方面存在明显差异，是单性养殖的潜在品种。但目前关于性别间遗传差异的研究甚少，尚不清楚其性别决定类型，这严重制约了性别控制及单性育种研究的开展。本项目拟在已筛选到性别连锁标记和性别相关基因的基础上，采用分子和细胞生物学技术探究拟穴青蟹染色体性别决定机制。首先利用基因分型技术阐明性别连锁标记在全同胞家系世代间的遗传规律，结合基因组框架图深入挖掘性别相关基因；然后运用遗传作图技术在高密度图谱中定位性别决定区、性别连锁标记和性别相关基因，弄清它们的分布特征及连锁关系，鉴定出性别相关连锁群；最后通过核型分析和FISH技术，揭示出性别决定区、性别连锁标记和性别相关基因在染色体上的定位规律，鉴定出性别相关染色体及对应的连锁群，从而深入阐明染色体性别决定机制。本项目将深化对海洋蟹类性别决定机制的认识，为开展性逆转、性别控制及单性育种研究提供理论依据和技术支撑。

拟穴青蟹雌雄个体间在表型特征、生长速度、营养价值等方面存在明显的差异，是开展单性育种和养殖的优良品种。本项目聚焦拟穴青蟹表型性别和遗传性别的分化与决定机制，从早期幼蟹至成蟹的表型性别分化和发育特征鉴定、性别特异SNP标记鉴定、高密度遗传图谱构建、性别特异分子标记及性别决定区（QTL）定位、性别相关功能基因挖掘与作用机制解析等方面解析性别决定的分子基础。研究结果如下：（1）明确了拟穴青蟹早期幼蟹至成蟹阶段的雌雄性别间分化和发育特征，如：发现从仔蟹I期起，雌蟹发育出一对生殖孔，而雄蟹则没有；从仔蟹II期起，雌蟹发育出双肢型腹肢，而雄蟹发育出单肢型腹肢；随着生长的进行，雄蟹的体质量越来越明显大于雌蟹等。（2）鉴定到拟穴青蟹雌性特异的SNP标记13个，它们在雌蟹中呈现杂合型，而在雄蟹中呈现纯合型，揭示出拟穴青蟹的染色体性别决定机制为ZZ/ZW类型，同时建立了基于PCR的快速鉴定遗传性别的分子技术。（3）绘制了拟穴青蟹高密度遗传图谱（包括49个连锁群和1.67万个SNP标记）及杂交家系高密度遗传图谱（包括49个连锁群和0.56万个SNP标记），定位了性别特异SNP标记、性别决定区（QTL）和性别相关基因，明确了它们的分布规律；鉴定出与染色体对应的性别相关连锁群，再次揭示了拟穴青蟹的染色体性别决定机制为ZZ/ZW类型。（4）采用二代和三代高通量测序技术开展了拟穴青蟹卵巢和精巢转录组测序，鉴定出性别相关基因及可变剪切体，揭示了拟穴青蟹性别相关基因SpDMRT99B、Sp-Pol在性别分化和性腺成熟过程中的作用机制。本研究首次对拟穴青蟹染色体性别决定机制进行系统性研究，揭示了ZZ/ZW类型的决定类型及初步明确了性别相关基因在性别分化中的作用机制，取得的研究成果丰富了甲壳动物性别研究的理论基础，为进一步开展性别决定和性别控制研究提供了坚实的理论和技术支撑。