草鱼生长速度差异的分子遗传机制研究

As the most productive economic fish in China and in the world, grass carp occupies a very important position in national economy. However, for a long time its long sexual maturation time and the lack of knowledge about its genetic background hamper breeding of new strain or variety. With the development of high throughput sequencing techniques, and the whole genome sequencing of grass carp to be completed soon, we have found the opportunity to put forward the laggard reach on the growth trait of grass carp. In this project we will use RNA-seq technique to investigate the molecular mechanisms leading to different growth rates between grass carp individuals or populations. Target genes will be detected by differential expression profiling and SNP analysis on mRNA and microRNA from brain and liver of samples of different growth rate. These genes will be further mapped into molecular network in cell and be simulated with mathematical models. Based on the quantitative relationship resulting from model simulation, we will figure out the mechanisms how genes impact the growth rate of individuals, which are the theoretical bases for breeding of grass carp.

作为我国乃至世界上产量最高的经济鱼类，草鱼在国民经济中占有极为重要的地位。然而长期以来由于其性成熟周期长，以及对其生长性状的遗传背景缺乏了解，因此传统的育种手段不易实施，严重地影响了草鱼的新品种培育工作。在目前高通量测序技术快速发展、并且草鱼全基因组测序基本完成的情况下，草鱼生长性状研究严重滞后的局面有望改变。本研究拟通过RNA-seq技术对草鱼生长速度差异的遗传基础开展研究。通过对不同生长速度个体的脑和肝胰组织进行mRNA和microRNA表达谱的差异分析与SNP研究，得到候选目标基因，再经GO与pathway分析了解其在分子网络中的位置，最后对分子互作网络进行数学建模和系统仿真，来了解基因产物在网络中的定量作用，从而揭示影响草鱼生长速度的分子基础，为草鱼育种工作提供理论依据。

本研究首先搭建了草鱼完备的转录组，同时比较了主流的各种lncRNA注释软件，获得了非模式物种的最优lncRNA的发掘流程，以此二者为基础，结合草鱼全同胞群体的生长性状QTL定位研究，分析了草鱼具有生长速度差异的三个全同胞群体（优×优→优， 优×劣→优， 劣×劣→劣）、不同体重组别（大、中、小），脑和肝两个组织共18组表达谱数据，不同群体生长速度差异原因各不相同，富集到的通路可以大致划分为信号传导、转录及翻译相关通路以及脂肪酸代谢等，表明生长速度加快可能是一个由上至下的系统性优化过程。而后构建了基于核心生长高相关基因集的体重预测模型。分析组织特异性的核心生长高相关基因集，在脑组织的中，该集合编码基因占比8.28%，而肝组织中占比为10.48%。脑组织核心编码基因中有注释信息的有5个（UBE2Z， GALNT， IL22， PPP3C， SAC2），肝组织中有1个（LIPA）。大量的lncRNA占比以及已知基因中调控基因的高比率，表明调控作用的基因可能在生长速度差异上起着主导作用。本研究为草鱼育种工作提供了部分的分子辅助育种位点，以及快速生长性状的目标通路及分子模块，构建了基于部分基因表达量的草鱼体重预测模型，还提供了草鱼表达谱研究的完善参考数据以及分析方法，为草鱼的育种研究提供了多维的理论支撑，同时为草鱼生长的下一步研究指明了新的方向。