鲤鲂杂交形成新型二倍体和四倍体鱼的遗传特性研究

Previously, we made a systematic study of distant hybridization between female common carp (2n = 100) × male blunt snout bream (2n = 48), in which both new types of homodiploid (2n=100) and autotetraploid fish lineages (4n=200) were obtained, forming a new fish germplasm resources. At the genomic DNA and transcriptomic level, these two kinds of fishes showed genetic variation such as chimeric gene and DNA mutation. In the phenotype, they presented the obvious changes such as the loss of the barbel. In terms of reproductive characteristics, both of them were bisexual fertile and reached sexual maturity at the age of one year. In this item, we will further study the similarities and differences of genetic characteristics of homodiploid fish lineage, autotetraploid fish lineage and its parents in FISH, genomic DNA, mitochondrial genome, transcriptome, genome and so on so as to reveal the genetic evolution patterns and trends of chimeric genes of these two kinds of new fish lineages derived from distant hybridization, and explore the influence of the genetic variations such as the chimeric genes on the phenotypic changes (such as scales, barbels, etc.), providing important genetic data for distant hybrids to form new fertile lineage and even new species. This item is of great value in fish genetics and breeding and biological evolution.

本项目通过对雌性鲤鱼（2n=100）×雄性团头鲂（2n=48）亚科间远缘杂交的系统研究，在其后代中研制出了新型同源二倍体鱼（2n=100）和新型同源四倍体鱼（4n=200）品系，形成了新的鱼类种质资源。在核DNA和转录本水平，这两种鱼呈现了嵌合基因、DNA突变等遗传变异；在表型方面，这两种鱼发生了口须缺失等显著变化；在繁殖特性方面，这两种鱼都是两性可育，性成熟年龄为一年。本项目将进一步在FISH、核DNA、线粒体基因组、转录组与基因组等水平，研究这两种鱼及其亲本在遗传方面的共性特征和差异特征，揭示嵌合基因等遗传变异在不同世代之间的遗传演化模式，探索嵌合基因等遗传变异对表型变化（如鳞片、口须等）的影响，为远缘杂交形成新型可育品系乃至新的物种提供遗传学方面的重要数据。本项目在鱼类遗传育种和生物进化方面具有重要价值。

本项目在已有源于鲤鲂远缘杂交形成的同源二倍体类鲫品系和同源四倍体鲤品系的基础上，利用两个品系清晰的遗传背景，对其遗传和生殖特性进行了系统研究，取得了以下研究进展：① 进一步延续了同源二倍体类鲫和同源四倍体鲤群体，目前已建立遗传稳定的同源二倍体类鲫品系（F1-F8）和同源四倍体鲤品系（F1-F7）；② 在染色体组水平，FISH和GISH结果揭示同源二倍体类鲫品系初期世代染色体组遗传组成处于快速变异状态，具备了鲫特性并有逐渐演化为鲫的趋势；揭示同源四倍体鲤品系初期世代的染色体组组成并不稳定，正经历快速二倍化过程。③ 在基因组DNA水平，远缘杂交可使杂交品系初始世代的基因家族基因簇类型发生激增；在同源二倍体类鲫品系中新衍生的Hox基因突变簇类型显示出更接近于鲫的系统发育关系，揭示其清晰的进化路径。④ 在转录组水平，揭示了同源二倍体类鲫品系早期世代的基因表达模式经历了一个剧烈的起伏，其形成初期的基因表达模式有着明显的杂交特征，而后续世代中基因逐渐趋于稳定表达，更倾向于朝着鲫物种演变。⑤ 在基因组水平，基因组重测序的分析结果揭示了同源二倍体鱼的遗传物质主要来源于母本，并伴随着父本遗传物质的嵌入，体现其基因组的杂交特性。⑥ 在表观遗传水平，揭示了同源四倍体鲤品系的核仁显性模式经历了由不稳定—稳定—不稳定的过程，间接反映了该品系形成初期遭受了剧烈的“基因组冲击”现象。⑦ 结合群体遗传学和系统发育学研究，结果证实同源二倍体类鲫与自然界鲫同属鲫复合类群，鲫复合类群的谱系具有特殊的演化背景，可能不是直接从鲫属鱼类的共同祖先分化而来，推测鲤鲂远缘杂交可能是自然界鲫形成的重要途径之一。本项目共发表了77篇论文（标注了本项目资助号：31730098），其中SCI论文65篇；出版英文专著《Fish Distant Hybridization》；授权国家发明专利13项，授权国家实用新型专利1项；获鱼类新品种证书2项；获得国家科技进步二等奖等奖励；项目共培养毕业博士生11名、硕士生29名，培养出站博士后4名。