牡蛎铜、锌富集遗传变异分析及关键功能基因研究

Oysters are one of the most important cultured mollusk species around the world, and also considered as the hyper-accumulators of metals, especially for copper (Cu) and zinc (Zn). The variation of metal among different individuals is ubiquitous, but the genetic variability molecular mechanisms and the key genes involved in metal accumulation remain elusive. In this study, the Fujian oyster Crassostrea angulata was selected as the research object because it is the most important cultivated oyster species and commonly distributed throughout coastal areas in south China. Narrow sense heritability of Cu and Zn will be studied. Genetic variability population will be choosed from oyster families. A comprehensive analysis of the bulked segregant analysis (BSA), metalloproteome and transcriptome was conducted to reveal the genetic variability molecular mechanisms, then the potential functional genes were further studied. The conceptual advances will have an important significance on molecular breeding of oyster.

牡蛎是具有重要经济价值的海水养殖对象，对铜、锌等金属具有很强的富集能力，因此牡蛎铜、锌的超富集现象越来越被人们所关注。牡蛎金属富集存在非常大的个体差异，然而缺少对其遗传变异的研究，对其关键基因的发掘和分子机制的解析也非常有限。本研究选取我国南方牡蛎养殖的主要种类福建牡蛎（Crassostrea angulata）作为研究对象，对其铜、锌富集遗传变异展开研究。构建牡蛎家系，测定牡蛎富集铜锌的狭义遗传力；以金属富集分化的牡蛎群体为研究材料，综合利用简化基因组测序集群分离分析（BSA）、金属蛋白质组以及转录组等技术对相关遗传机制进行探索，筛选铜、锌富集关键基因并进行功能验证。研究结果将有助于解析牡蛎富集铜、锌的遗传特性和富集分子机制，也为选育特定金属富集能力的牡蛎品种提供理论依据。

牡蛎是具有重要经济价值的海水养殖对象，其对铜、锌的超强富集能力备受人们关注。牡蛎金属富集能力存在非常大的个体差异，然而缺少对其遗传规律及机制的解析。项目组选取我国南方牡蛎养殖的主要种类福建牡蛎（Crassostrea angulata）作为研究对象，对其铜、锌累积性状的遗传规律展开研究。我们首先建立铜锌富集能力高效测评体系，对铜锌累积性状进行精准测定。利用福建牡蛎家系估算遗传参数：铜和锌累积性状的狭义遗传力分别为0.19 ± 0.07和0.32 ± 0.10，两性状之间的遗传相关系数高达0.796，而两性状与生长、存活、风味等性状无显著相关性。项目组通过群体选育建立了高、低铜锌累积选育系，并对两者金属富集差异的生理和分子机制进行解析。动力学分析显示高累积选育系锌吸收速率常数是低累积选育系的9.7倍，但是铜外排速率常数却是低累积选育系的2/7。通过金属蛋白质分离鉴定、代谢组、基因组分析以及基因功能验证等研究，项目组确认了低累积选育系细胞内铜以更易周转的蛋白、氨基酸结合态存在，并且ATP7a、COMMD1介导的细胞铜外排通路得到了显著强化，使低累积选育系铜外排速度增高。而高累积选育系细胞内铜则更倾向通过V-ATPase转移至囊泡结构中，与含硫蛋白结合形成稳定复合物，MAT1A、cysteine string protein、CSRP1、RECK在这一过程中可能发挥了重要作用。本项目成功揭示了福建牡蛎铜锌累积的遗传规律和调控机制，基因组测序的完成为后续基因功能研究提供了工具，此外本研究还为牡蛎特定金属富集新品种的选育工作提供了科学依据。