基于全长转录组研究“西盘鲍”杂交种阶段性抗病菌杂种优势的机制

At present, the analysis of shellfish heterosis is not comprehensive. "Xipan" abalone is a new national variety obtained by crossing the abalone Haliotis discus hannai, and the abalone Haliotis gigantea, it has significant heterosis in survival rate and this survival heterosis emerge after a certain developmental stage of abalone. It is found that the heterosis is related to the higher immune system efficiency of the hybrid abalone. To comprehensively understand the heterosis of "Xipan abalone", in this study, we plan to choose two abalone development stages (before and after the heterosis emergence) and compare the susceptibility of the three abalone population to abalone-pathogenic bacteria. Through analyzing the heart rate, tissue distribution of bacteria, and blood cell immune parameters of the three populations after stress, we wish to clarify the physiological mechanism of the heterosis of "Xipan" abalone against Vibrio disease. Further, using the second-generation and third-generation transcriptome sequencing techniques, we would compare the allelic specific expression pattern, alternative splice pattern and gene expression pattern between the "Xipan" abalone and the parental populations, to identify the transcriptional mechanism of the heterosis of "Xipan" abalone. The results of the study will help to understand the mechanism of abalone heterosis more comprehensively and provide a basis for the development of abalone resistant breeding technique based on heterosis theory.

目前对贝类杂种优势现象的解析尚不全面，“西盘鲍”是通过皱纹盘鲍与西氏鲍杂交获得的国家新品种鲍，具有显著的养殖存活率杂种优势，且该杂种优势在特定的发育阶段后才开始出现。前期工作表明，该存活率杂种优势与“西盘鲍”较强的病菌免疫能力相关。为较全面地理解“西盘鲍”杂种优势产生的免疫生理和分子机制，拟以“西盘鲍”及其双亲群体为对象，选取杂种优势出现前和出现后的两个鲍发育阶段，分析它们经鲍源致病弧菌感染后的存活率、心率指标、组织病菌分布及非特异性免疫指标的变化，以此探寻“西盘鲍”杂种优势产生的免疫生理基础。进一步地，综合利用二代和三代转录组测序技术，对“西盘鲍”与双亲群体间存在的等位基因特异性表达、可变剪切差异、差异表达免疫基因和通路等进行分析，从转录调控和表达两个水平探究“西盘鲍”杂种优势的转录机制。研究结果将有助于较准确、全面地理解鲍杂种优势产生的机制，为基于杂种优势理论开展鲍抗病选育提供依据。

“西盘鲍”杂交种阶段性抗病菌杂种优势的机制并不明确。本项目选取了“西盘鲍”杂种优势出现前和出现后的两个鲍发育阶段，分析了它们经鲍源致病弧菌感染后的存活率、心率指标、组织病菌分布及非特异性免疫指标的变化，初步阐明了“西盘鲍”杂种优势产生的免疫生理基础；并综合利用二代和三代转录组测序技术探究了“西盘鲍”杂种优势的转录机制。首先，经鲍源致病菌哈维氏弧菌回归感染实验，证明了西盘鲍的抗病菌杂种优势在2年龄时显现，而在1年龄时并不明显，这与“西盘鲍”工厂养殖的存活率杂种优势现象相符；然后，免疫生理实验发现，1年及2年龄西盘鲍经弧菌胁迫后的心率表现（心率抗性、心率恢复及心率稳定性）均强于单个或两个亲本群体。且相较于亲本，1年龄及2年龄西盘鲍具有更高的血细胞免疫效率；此外，弧菌胁迫下2年龄西盘鲍的足肌、肝胰腺及外套膜组织的病变程度要显著低于亲本群体，且各组织具有较低的病变比例，而1年龄3群体之间的组织病变几率未见显著差别；最后，二代结合三代转录组测序和分析发现，3个群体均具有较高比例的独占转录本和差异表达基因DEGs数量，且2龄亲子代群体之间的DEGs显著富集在免疫、应激和生长相关通路上，而1龄亲子代群体间的DEGs未见显著的富集通路。此外，2龄GD群体在补体系统和血红素相关转录本中表现出超亲优势表达的现象，这可能是西盘鲍抗病杂种优势重要的转录分子基础。可变剪切事件也在3群体的转录组中广泛发生，影响了后续的转录表达差异。以上研究结果说明，2年龄“西盘鲍”抗病菌杂种优势的生理基础在于受胁迫后更优势的心率表现、血细胞免疫效率及更低的组织病变比率，而部分优势在1年龄西盘鲍中并不明显。这种优势的免疫生理表现，其背后的控制机理可能来自于转录调控层面广泛存在的可变剪切，及受其影响的免疫相关基因的显性优势表达。