通过检测等位基因表达不平衡现象探索在鲤科鱼类肌肉中保守存在的基因表达顺式调控元件

As the primary family of freshwater fish, Cyprinidae provides the main source of important economic fishes in aquaculture. Mechanism of regulating the growth related traits of cyprinids is an important topic in aquaculture research. Some traits related to fish growth are closely associated with the genes quantities. Expression quantitative trait loci (eQTLs) are DNA genetic variants closely associated with gene quantities and are supposed to be highly efficient genetic makers for breeding, which may regulate the gene expression by influencing the binding efficiency of transcription factors. One way to find eQTLs in polyploid organisms is detecting allelic expression imbalance (AEI), which is mainly due to existence of heterozygous “functional” eQTLs in gene regulatory regions. In this proposal, we will explore the AEI phenomenon and associated eQTLs in the muscles tissues of zebrafish, which is belong to Cyprinid, through transcriptome and genome sequencing data analyzing. Corresponding cis-regulatory elements and transcription factors in zebrafish will be investigated. In addition, based on the genome sequences of zebrafish and two other cyprinids, grass carp and common carp, the conserved cis-regulatory elements among three cyprinids will be explored, through comparing transcription factor binding motif profiles. Our findings will further the understanding of genetic basis for fish muscle growth regulation, and also provide candidate genetic markers for cyprinids breeding.

鲤科是重要的经济鱼类的来源，鲤科鱼生长性状的调控机理是水产养殖关注的重点。鱼类的一些生长性状与基因表达量密切相关。个体间基因表达量的遗传变异受到表达量数量性状基因座（eQTLs）的调控，主要是影响转录因子与顺式元件的结合效率。在多倍体生物中寻找eQTLs的一个重要方法是进行等位基因表达不平衡（AEI）检测，该现象产生的主要原因是个体的顺式元件区具有的杂合的eQTLs。模式动物斑马鱼属于鲤科，本研究欲通过对其转录组和基因组的数据分析，研究斑马鱼杂交后代肌肉中的AEI现象，探索基因调控区存在的eQTLs及其所影响的顺式调控元件和对应转录因子。此外，基于斑马鱼和另两种鲤科常见养殖鱼类草鱼和鲤鱼的基因组序列，本研究进一步通过转录因子结合基序分析和基因组比较，寻找三种鲤科鱼中保守的顺式调控元件，为阐明鲤科鱼类肌肉生长的遗传调控提供理论依据，并为遗传育种提供分子标记。

鱼类的一些重要表型如生长性状等受相关基因表达量的影响。顺式调控元件在转录调控中起到关键作用。与相同转录调节因子结合的顺式元件之间，可能具有一定序列保守性。表达量数量性状基因座（eQTLs）的遗传变异可能通过影响转录调控因子与顺式元件的结合效率，造成个体间基因表达量的变异，从而影响表型。等位基因表达不平衡（AEI）检测可用于在多倍体生物中预测eQTLs，进而寻找顺式元件。本研究中，我们通过分析肌肉高表达基因间的序列保守特征，预测了候选顺式调控元件，通过构建斑马鱼活体荧光报告基因表达检测系统，发现其中所预测的一段DNA具有肌肉特异性增强子作用。此外，我们建立了斑马鱼遗传多样性群体，通过36个肌肉转录组测序样品，筛选到100个基因检测AEI现象。通过亲代基因组测序信息得到了子代对应基因调控区的SNP基因型，进一步在20个基因的上下游发现了阳性的候选eQTLs位点。我们克隆了一段包含7个eQTLs的DNA区域的两种单倍型，使用斑马鱼活体荧光报告基因表达系统检测，发现两种单倍型可以增强基因肌肉特异性表达，且二者的转录增强能力有差别。说明这段区域可能是肌肉特异性增强子，其中的候选eQTLs变异影响元件的转录增强效率。另外，我们还通过鱼类组织再生过程转录组，探索了多个转录调控相关基因产物的靶向基因，以及转录调控网络在组织器官形成等领域的重要作用。同时，我们还建立了新的数据模型，对AEI检测和eQTLs预测的分析流程进行了优化。该研究发现了一些候选顺式调控元件及其功能性遗传变异并探索了转录调控因子和靶基因网络，对我们深入了解鱼类肌肉重要基因的转录调控的遗传机制具有重要意义。