应用全基因组重测序和基因编辑技术研究鲤体色进化与变异的分子基础

This proposal aim to address molecular basis of pigmentation evolution and variation in common carp. We will sample wild common carp and pigmentation mutants with clear genetic background and high identical pigmentation phenotype (e.g. Xingguo red common carp, Purse red common carp, Oujiang color common carp) to conduct whole-genome re-sequencing for different body color patterns (slight black, red, white and mixed color) in common carp. SNP, InDel (insertion/deletion) loci and SV (structure variants) profiles in genome sequences associated with pigmentation types will be screened, genomic selective sweep will be analyzed and phylogenetic tree from the carps with different body color patterns will be constructed to resolve the evolutionary pathway and mechanism of pigmentation. Furthermore, CRISPR-Cas9 technology will be used to validate their function of screened genes in zebrafish and Oujiang color common carp, which will be important in address molecular basis of pigmentation variation.

针对鱼类体色进化与变异的分子基础这一科学问题，以鲤为研究对象，选用遗传背景清楚、体色纯合度高的我国体色变异鲤（兴国红鲤、荷包红鲤、瓯江彩鲤）和青灰色的野鲤为材料，通过不同体色鲤间（青灰色、红色、白色、花色）的全基因组重测序，筛选与鲤体色相关的基因、SNP位点和InDel（insertion/deletion）标记以及体色特有的结构变异区，探测体色变异的基因组选择印迹，构建不同体色鲤间的系统进化关系，解析鲤体色进化的路径与机制；进而在此基础上，结合我们前期的转录组分析结果，筛选关联程度高、表达差异大的前3-5个体色相关基因，应用CRISPR/Cas9基因编辑技术在斑马鱼和瓯江彩鲤上进行功能验证，探讨鱼类体色变异的分子遗传基础。

体色变异的遗传与进化基础是生物学领域的重点研究方向之一。鲤是体色最为丰富的经济鱼类之一，其多样的体色类型以及古老的四倍化基因组的特征，使其成为研究动物体色形成、进化起源以及多倍化的理想动物模型。.本项目针对鲤体色形成的进化起源和分子基础这一科学问题，以不同体色鲤为研究对象，开展了不同体色类型鲤（兴国红鲤、荷包红鲤、瓯江彩鲤和青灰色野鲤）的全基因组测序及比较分析。基于不同体色类型鲤群体的分子标记，开展了不同体色类型鲤的进化起源研究并筛选了与体色形成密切相关的候选功能基因。利用分子克隆、原位杂交、基因编辑、过表达等研究手段开展了候选基因在调控瓯江彩鲤体色形成过程中的分子功能研究。 .本项目获得如下结果：1）从头拼接获得了挂载到染色体水平的高质量的瓯江彩鲤基因组，为后续鲤体色形成的分子遗传机制研究提供了基因组资源。2）构建了鲤的分子基因型数据库（包含单核苷酸多态性位点、拷贝数变异、插入缺失、结构变异等分子标记），初步探究了不同体色鲤的进化起源问题，筛选到了与鲤体色形成密切相关的候选功能基因如TYR，MLPHA，TYPR1，CNTN4等。3）初步解析了如MLPHA、TRP家族基因、MC1R、SLC24A5等基因调控鲤黑色素细胞迁移、黑色素分泌、黑斑形成的分子基础。4）开展了瓯江彩鲤红色体色形成的分子遗传基础研究，阐述了SCARB1基因通过调节类胡萝卜素吸收与运输，进而影响鲤红色形成的分子调控机制。.本项目的研究结果初步揭示了鲤体色的进化起源以及鱼类黑斑与红色体色形成的分子机制，为鱼类乃至脊椎动物的体色形成机制和进化起源提供了参考。