奥尼罗非鱼与其父母本GH/IGF轴基因的比较研究

The distance hybridization is an important method for obtaining growth advantage and breeding new varieties. However, the mechinism of the growth advantage in these descendants is still now compeletly unveiled. Base on our initial findings that the fast growth hybrids with higher expression of GH/IGF genes, the focus of present project is on growth advantage in Oreochromis niloticus (♀) × O. aureus (♂) and their parents. It was showed that elevated expressions of GH/IGF genes has correlated with fast growth in hybrids. This project will spread with three levels: 1. using Realtime PCR, Western blot and immunofluorescence technique to discuss the expression differentation of GH/IGF axis genes between Oreochromis niloticus (♀) × O. aureus (♂) and parents; 2. by employing high-resolution melting curve, Taqman probe method and pyrosequencing technique to investigate parental genome selected expression in the hybrids; 3. we would use CpG methylation analysis, bisulfite sequencing and luciferase reporter system to study the mechanism of parental genome selected expression in the hybrids. From mRNA and protein expression levels, parental genome selected expression levels and epigenetic level, the project would offer clues of molecular mechanism of advanced growth phenotype in the hybrids. The study could provide new thinking for endocrine regulation and theoretical support of hybrid breeding technology in tilapia.

远缘杂交是获得具有生长优势子代重要途径之一。然而，杂交子代中生长优势的分子机理尚未彻底阐明。在我们首先发现快速生长的杂交鱼中GH/IGF生长轴相关基因表达上调的基础上，本课题拟针对奥尼杂交罗非鱼的生长优势，从GH/IGF生长轴入手，探讨杂交后代较亲本生产快的原因。本项目拟分三个层次展开：1.运用Realtime PCR、Western blot以及免疫荧光技术探讨GH/IGF生长轴在奥尼罗非鱼和亲本中的表达差异；2.采用高分辨率融解曲线、Taqman探针法和焦磷酸测序技术研究奥尼罗非鱼对父母本基因的选择性表达；3.结合CpG甲基化分析、重亚硫酸盐测序和荧光素酶报告分析父母本基因组选择性表达的产生机制。从mRNA和蛋白质表达层次、基因组选择表达层次以及表观遗传学层次，为揭示杂交奥尼罗非鱼生长优势的分子生物学机制提供线索。本课题将为鱼类内分泌调控提供新思路，为罗非鱼杂交育种技术提供理论支持。

鱼类的生长主要由生长激素/胰岛素样生长因子（GH/IGF）轴所调控。本项目研究了奥尼罗非鱼GH/IGF轴相关基因表达与生长优势的关联，分析了相关基因的选择性表达模式，并探讨了杂交子代选择性表达模式的产生机制。取得了以下主要结果：（1）比较了奥尼罗非鱼与其亲本的生长速度，发现奥尼罗非鱼较其亲本有明显的生长优势；（2）克隆获得了奥尼罗非鱼与其亲本GH、GHR2和IGF-1基因的编码区序列，结果显示GH/IGF轴的这些关键基因在尼罗罗非鱼、奥利亚罗非鱼和奥尼罗非鱼中高度保守，也提示了其功能的保守性；（3）研究了GH、GHR2和IGF-1的mRNA在奥尼罗非鱼不同组织中的表达，其中GH是垂体特异性表达基因，GHR2和IGF-1属于广泛性表达基因，在各组织中均有表达；（4）与亲本的表达比较分析表明，奥尼罗非鱼的GH/IGF轴基因均呈现非加性表达模式，且有表达优势，这与其快速生长的表现型一致；（5）利用焦磷酸测序技术分析了奥尼罗非鱼中选择性表达亲本基因的情况，发现GH有偏母性表达特征，而IGF-1则在肝脏中有偏父性的表达；（6）采用重亚硫酸盐进行了奥尼罗非鱼及其亲本肝脏甲基化组测序研究，结果表明，从整体甲基化水平看，奥尼罗非鱼更偏向母本尼罗罗非鱼，功能分析显示在免疫相关的信号通路中奥尼罗非鱼与尼罗罗非鱼有一定的差异，这也从表观遗传学水平解释了奥利亚罗非鱼和奥尼罗非鱼抗病力较尼罗罗非鱼强的机制；（7）进行了罗非鱼免疫相关基因正向选择研究，发现Notch2和nfatc3b等免疫相关基因在罗非鱼中为正选择基因。项目执行期间发表论文共7篇，申请国家专利1项。培养博士研究生1人，硕士研究生1人。本研究为阐明奥尼罗非鱼杂种优势的分子机制提供了部分理论依据，为杂交育种技术提供了参考。