中华鲟从野生群体到迁地繁殖群体的MHC适应性遗传变异研究

Chinese sturgeon (Acipensers sinensis) is an ancient anadromous fish of the family Acipencseridae, and it only distributes in China. It is critical endangered now. It is necessary to establish ex-situ population to protect this species from extinction in short term. However, small captive population is unavoidable confront with the problem of domestication. Major histocompatibility complex (MHC) is a gene family of vertebrates, which is closely relative to immune recognition, susceptibility to infectious and autoimmune diseases, individual odours, mating preferences, etc. In order to know genetic mechanism in the small ex-situ breeding populations, three Chinese sturgeon populations, such as wild population, first filial generation progenies and second filial generation progenies of captive reared Chinese sturgeon, are to be surveyed by molecular method at MHC gene and by population viability analysis. The following three scientific issues will be focused on： 1) The trend of viability (disease resistance, body size, growth rate, etc.) differences between wild population and captive breeding populations; 2) The differences in the MHC genetic variation and genetic structure between wild populations and captive breeding populations, including first filial generation progenies and second filial generation progenies; 3) The relationships between population viability and MHC diversity between large population and small population. The results can be applied in the genetic management of captive breeding population and fry-releasing programs.

中华鲟是我国特有的古老海河洄游性鱼类，已极度濒危，建立人工迁地种群是避免该物种在近期灭绝的一种必要方式，而人工群体往往面临家养化问题。MHC（主要组织相容性复合体）是脊椎动物中与病原识别及防御、亲缘识别和婚配等适应性遗传密切相关的基因。本课题拟以中华鲟MHC基因高变异区为遗传标记，采用分子生物学手段与生物学特征分析相结合的方法，以野生群体、人工繁殖子一代群体和子二代种群为对象，探讨中华鲟由野生种群向人工养殖小种群过渡过程适应性相关的遗传变化与生物学特征之间的相关性，试图揭示中华鲟人工养殖迁地群体的遗传规律。 拟解决以下三个方面科学问题： 1）中华鲟人工繁殖群体在抗病性、个体大小、个体生长速度等生存力的变化规律； 2）中华鲟人工繁殖群体中MHC遗传变异的变化规律； 3）中华鲟人工繁殖小种群递减过程中生存力与MHC 遗传变异的相关性。该研究为人工增殖群体的遗传管理策略制订提供依据。

背景：.中华鲟是我国特有的古老海河洄游性鱼类，已极度濒危，建立人工迁地种群是避免该物种在近期灭绝的一种必要方式，而人工群体往往面临家养化问题。主要组织相容性复合体（Major Histocompatibility Complex, MHC）是脊椎动物中与病原识别及防御、亲缘识别和婚配等适应性遗传密切相关的基因。本课题拟以中华鲟MHC基因高变异区为遗传标记，采用分子生物学手段与生物学特征分析相结合的方法，以野生群体、人工繁殖子一代群体和子二代种群为对象，探讨中华鲟由野生种群向人工养殖小种群过渡过程中适应性相关的遗传变化情况与生物学特征之间的相关性，试图揭示中华鲟人工养殖迁地群体的遗传变化规律。.方法：.1. 基于已分离的中华鲟MHC cDNA序列，结合已发表的近缘物种MHC序列设计其I类和II类具高度多态性功能区，抗原结合区（peptide banding region, PBR），设计引物以用于种群分析；.2. 采用PCR扩增和克隆测序相结合的方法，分离每一个个体中包含MHC I类和MHC II类高度多态PBR特异序列。.3. 在种群水平上分析从野生种群到子一代种群和子二代种群MHC等位基因递变规律。.4. 对野生来源养殖种群、子一代种群以及子二代种群在抗病性上进行采集，分析与MHC基因递变规律的相关性。.结果：.1. 成功分离包含部分PBR区的MHC I类具高度多态性分子标记；.2. 成功分离包含部分PBR区的MHC II类具高度多态性分子标记；.3. 从野生来源种群中分离到MHC I类PBR区域特异序列50条，从子一代种群中分离到66条，从子二代种群中分离到64条；.4.从野生来源种群分离到MHC II类PBR区域特异序列56条，从子一代种群中分离到58条，从子二代种群中分离到47条；.5. 2011年出生的野生苗种和子二代养殖比较分析显示：出生后1年内，子二代相比野生苗种疾病致死率较高（子二代40.3%，野生苗种5.5%），但3龄阶段，子二代苗种与野生来源苗种由于疾病致率趋于相近（子二代死亡率为1.1%，野生死亡率为2.2%）。.结论： MHC I和II类亚基因家族 PBR区遗传标记的分离为后继中华鲟抗病与性选择等研究奠定了基础。子一代人工种群遗传多样性相比较高暗示了野生繁殖群体已较小，也表明小种群造成遗传漂变。子二代苗种相比要承受更大的疾病选择压力。