虹鳟体色变异的转录组和microRNA分析

Rainbow trout (Oncorhynchus mykiss) is an important cold-water fish in China. The variety breeding and market value of rainbow trout are influenced by the skin color variation (SCV). So far, the study of SCV in rainbow trout has been mainly focused on the trait transmission. However, the molecular mechanism of SCV still remains unclear. In this project, the females of skin color variant, normal rainbow trout and their F1 hybrid are used for the transcriptome and microRNA (miRNA) sequencing to identify candidate genes and miRNAs of skin color. Through the GO and KEGG enrichment analysis of candidate genes, the key genes and miRNAs with significant difference and in pigment synthesis pathways are selected. The functional mechanisms and regulatory networks of the key genes and miRNAs are analyzed using spatial and temporal expression patterns, over-expression, loss of function and bioinformatics. The results of this project will not only be helpful to fully understand the molecular mechanism of SCV in rainbow trout, but also provide theoretical basis for controlling the skin color of rainbow trout using molecular breeding method.

虹鳟是我国重要的冷水性养殖鱼类，体色变异对其品种选育和经济价值均产生重要影响。目前对虹鳟体色变异的研究主要集中于性状遗传规律方面，而对体色变异的分子调控机制仍不清楚。本项目拟以虹鳟体色变异品种、体色正常品种及其杂交F1代的雌鱼皮肤组织为材料，进行转录组和microRNA（miRNA）测序以及数据联合分析，筛选并鉴定虹鳟亲本之间以及亲本与子代之间体色相关的候选基因和miRNA，对候选基因进行GO和KEGG富集分析，选择在色素合成重要调控通路上且与体色变异显著相关的关键基因和miRNA；采用定量PCR的方法分析关键基因和miRNA的表达模式，进而利用过表达和抑制表达的方法在体内水平上研究这些基因和miRNA的功能，解析它们在虹鳟体色变异中的作用机制和调控网络。本项目的研究结果将不仅有利于从转录和转录后水平上深入揭示虹鳟体色变异的分子调控机制，还为以体色为目标性状的分子育种提供理论依据。

虹鳟是我国广泛养殖的冷水性经济鱼类，其体色变异严重制约了养殖业的可持续发展。本项目针对虹鳟体色变异现象，建立了虹鳟体色正常品种（虹鳟）、体色变异品种（金鳟）及其杂交F1代的全同胞家系并以此为研究材料，通过转录组和miRNA测序以及数据联合分析，筛选并鉴定出虹鳟体色变异相关的关键基因和miRNA，同时克隆了体色相关关键基因的cDNA全长，并分析了关键基因和miRNA的表达模式，在体内外水平上利用过表达和抑制表达的方法分析了关键基因和miRNA的功能，进而解析了它们在虹鳟体色变异中的作用机制和调控网络。主要的结果如下：（1）在出膜后45日龄（dph）虹鳟与金鳟背部皮肤的mRNA和miRNA表达谱中筛选出了11个与体色变异相关的基因及调控它们的miRNA，分析了它们的调控网络；（2）通过金鳟1dph、45dph和90dph背部皮肤mRNA表达谱的比较，筛选出了23个与其体色形成相关的候选基因；（3）克隆获得mitfa、mc1r、tyrp1a、tyrp2基因的cDNA全长，qRT-PCR分析发现以上4个基因与tyr（tyr-1、tyr-2）基因在受精期至16细胞期中的相对表达都是虹鳟高于金鳟，而在大多数出膜后时期中的相对表达则是金鳟高于虹鳟，且大部分相同时期间的表达存在显著差异（P＜0.05）；在杂交F1代中，以上6个基因在大多数胚胎发育时期中的表达都与双亲存在显著差异（P＜0.05）；在虹鳟与金鳟的不同组织中，以上6个基因的表达主要集中在背部皮肤和眼睛；（4）采用双荧光素酶报告验证确定关键miR-382和miR-330的靶基因，时空表达分析发现在大多数虹鳟与金鳟不同发育时期和组织中miRNA和靶基因存在负调控关系；（5）通过体外细胞和体内过表达与抑制表达的方法，分析了关键miRNA（miR-382和miR-330）以及关键基因（dct和bco2）在体色变异中的功能和调控作用。本项目结果不仅对于阐明虹鳟体色变异的调控机制具有重要科学意义，而且对于虹鳟体色的人为调控具有重要的潜在应用价值。项目发表研究论文6篇，其中SCI论文3篇、中文核心期刊论文3篇，待发表论文多篇；资助期间参加国内学术会议3次，培养研究生2名。