中国对虾选育群体基因组中选择信号筛查及重要经济性状基因挖掘

In order to explore the changes in the genome of the Chinese shrimp Fenneropenaeus chinensis breeding population during the artificial selection process, we plan to compare the genome of the breeding population “Huanghai No. 1” and the wild population to identify the selective signatures. Since the complete reference genome of Fenneropenaeus chinensis has not yet been released, it is necessary to assemble a simple reference genome using long-reads high-throughput sequencing data, which could be used as a reference coordinate for subsequent comparison and calculation. In addition, the full-length transcriptome sequencing technology was used to annotate the Fenneropenaeus chinensis transcriptome by comparison with some databases. We then calculate the population genetic indicators and detect selective sweeps to filter the selected regions. We will identify the related genes basing on the sequence of the selected regions and speculate on the traits that may be associated with it. We then perform functional verification experiments on some suspicious sites or genes, and design molecular markers related to important economic traits based on the verification results to provide a basis for subsequent breeding work and accelerate the breeding process.

为了探究中国对虾选育群体在人工选择过程中基因组上的变化，我们计划将中国对虾选育群体“黄海1号”与野生群体进行基因组水平的比对，找出可能受到选择的区域。由于中国对虾的完整参考基因组还未发布，需先利用长片段高通量测序数据组装一个简略的参考基因组，以此作为参考坐标进行后续的比对和计算；另对中国对虾进行全长转录组测序，通过与各数据库比对，对中国对虾转录组进行全面注释。计算中国对虾“黄海1号”与野生群体之间的群体分化指标，寻找选择性清除，鉴定选择信号。基于中国对虾转录组注释信息，根据受选择区域的序列识别对应的基因，并推测可能与之相关联的性状。我们将对一些可疑的位点或基因进行功能验证，根据验证结果设计与重要经济性状相关的分子标记，以便为后续的育种工作提供依据，加快育种进程。

中国对虾（Fenneropenaeus chinensis）是黄渤海的主要经济虾类，经济价值很高，对虾养殖业的发展已成为海水养殖业中最具有代表性的产业之一。中国对虾人工选育计划自 1997年开始实施，进行了中国对虾优良性状人工持续选育，至2003年，选育后的中国对虾快速生长新品种“黄海1号”通过全国水产原良种审定委员会的审定，成为我国第一个人工选育而成的海水养殖动物新品种。为了探究中国对虾选育群体在人工选择过程中基因组上的变化，我们首先利用 Pacbio和Hi-C平台进行长片段高通量测序来组装中国对虾的参考基因组，挂载到43条染色体上，并进行全面注释。利用二代测序技术将中国对虾选育群体“黄海1号”与野生群体进行基因组水平的比对，基于两群体之间的SNP计算群体分化指数（Fst）、核酸多态性（π）等指标，寻找选择性清除，根据这些指标找到“黄海1号”在人工选择过程中可能受到选择的区域，并对该区域基因进行富集分析和通路分析，探索选育群体“黄海1号”在人工选择过程中基因组上的改变与重要经济性状之间的关联。与野生中国对虾相比，商业品种“黄海1号”在与代谢、光传导和神经系统相关的基因上检测到选择信号，证明中国对虾生长、视觉和行为在选育过程中受到了人工选择。通过计算雌雄群体基因组之间的Fst，观察到7号染色体上从34至37 Mb区段分化指数明显升高，我们将7号染色体作为候选性染色体。我们对重测序数据经过一系列筛选，最终组装获得了363个候选雌性特异性片段。进一步验证后获得3个性别特异的分子标记，其特异引物在4个不同群体中检出率为100%，建立了基于PCR和凝胶电泳技术的中国对虾高效遗传性别鉴定技术。中国对虾高质量基因组的构建为进一步分析重要生物学过程的遗传机制奠定了基础；选育群体选择信号分析结果为中国对虾新种质创制提供理论依据和技术支撑；性别分子标记的开发为明确中国对虾性别分化机制和建立性别控制技术提供重要基础。