鲤鲂杂交形成新型鲫品系的遗传特性研究

A new diploid homoploid fish with crucian carp-like homodiploid fish (2n = 100) was formed by distant hybridization between subfamilies with common carp (2n = 100, ♀) and blunt snout bream (2n = 48, ♂). In the phenotype, reproductive characteristics, nuclear DNA, mitochondrial genome, and transcriptome level, the crucian carp-like homodiploid fish were found to be very similar to those of the existing wild crucian carp (2n = 100) in nature, but with significant variation relative to their parents. At present, the new type of crucian carp has formed a genetically stable lineage (F1-F4) (2n = 100) after continuous passage. The crossing of common carp and blunt snout bream can generate crucian carp，but the genetic variation and evolutionary mechanism is not clear. This project intends to systematically study the genetic variation of the early generation of crucian carp-like homodiploid fish through genetic methods such as FISH, microsatellites, mitochondrial genome sequencing and transcriptome sequencing. This project intends to through the epigenetic methods such as methylation-sensitive amplified polymorphism (MSAP) to study the epigenetic variation of the early generation of crucian carp-like homodiploid fish. It provides important data for the genetics and epigenetics of the diploid homoploid hybrid fish lineage formed by distant hybridization. This study is of great significance in fish genetic breeding and biological evolution.

鲤（2n=100, ♀）与团头鲂（2n=48, ♂）亚科间远缘杂交形成了同源二倍体类鲫（2n=100）这一新型二倍体同倍体鱼，该鱼在表型、繁殖特性、核DNA、线粒体全基因组、转录组等水平均与自然界中的野生鲫（2n=100）有着很高的相似度，而相对于其父母本而言发生了显著变异。目前该新型鲫经过连续传代已经形成了一个遗传稳定的品系（F1-F4）（2n=100）。鲤鲂杂交途径形成鲫，其遗传变异演化机制是怎样的，尚不清楚。本项目拟通过FISH、微卫星、线粒体基因组测序、转录组测序等遗传学方法进一步对同源二倍体类鲫初期世代的遗传变异情况进行系统研究，拟通过甲基化敏感扩增多态性（MSAP）等表观遗传学方法研究同源二倍体类鲫初期世代的表观遗传变异规律，为远缘杂交形成的二倍体同倍体杂交鱼品系提供遗传学和表观遗传学方面的重要数据。本研究在鱼类遗传育种和生物进化方面具有重要意义。

本项目在已有源于鲤鲂远缘杂交建立的两性可育同源二倍体类鲫群体的基础上，利用该二倍体同倍体物种的遗传体系及其清晰的父母本遗传背景，针对鲤鲂杂交途径形成鲫，其遗传变异演化机制是怎样的这一关键科学问题，系统开展了一系列研究并取得了以下研究进展：① 利用同源二倍体类鲫品系上一个世代群体作为亲本进行自交传代，进一步延续了同源二倍体类鲫群体，目前已建立了遗传稳定的同源二倍体类鲫品系（F1—F8）；② 在染色体组水平，揭示了同源二倍体类鲫品系初期世代被鲫特异性探针标记的信号点数量呈逐渐增加的趋势，且随后趋于稳定的遗传变异规律；③ 在线粒体基因组水平，揭示了同源二倍体类鲫F1线粒体基因组结构的不稳定性，且该品系初期世代中可遗传的嵌合mtDNA片段和突变位点提供了源于远缘杂交衍生的新生杂交品系中mtDNA呈动态变化的重要证据；④ 在转录组水平，揭示了鲤、鲂和鲫三种类型的基因在同源二倍体类鲫品系初期世代中均有表达，鲤型和鲂型基因在F1中数目最多且在随后自交后代中逐步下降，鲫型基因表达水平呈逐渐递增并趋于稳定的遗传变异规律；⑤ 在基因组DNA（Hox基因家族和微卫星）水平，揭示了同源二倍体类鲫品系初期世代基因组DNA呈快速演化的证据；⑥ 在表观遗传水平，揭示了核仁显性模式在同源二倍体类鲫品系初期世代中经历了由稳定—不稳定—稳定的变化趋势，且至少需要三代以上才能达到完全显性这一表观遗传规律。项目的实施不仅为自然界现存的二倍体鲫（2n=100）的进化来源可能存在鲤鲂远缘杂交途径提供了重要的生物学证据，也为下一步继续深入研究二倍体同倍体体系奠定了良好的基础。本项目共发表了13篇论文（标注了本项目资助号：31802287），其中SCI论文12篇，第一标注12篇，第二标注1篇；授权国家发明专利6项；项目负责人获得了长沙市杰出创新青年培养计划项目资助；项目培养毕业硕士生1名，协助培养毕业博士生1名、硕士生3名。