“绿盘鲍”产量超亲杂种优势的生理学与遗传学解析

Hybridization is the most important and useful genetic improvement method for abalone and several hybrids have been commercially large-scale utilized all over the world. However, the mechanisms underlying heterosis have remained a mystery. Lvpan Abalone is the new hybrid between Haliotis discus hannai and H. fulgens, which showed high better parent heterosis for the yield increase. In this study, the phenotypic and physiological basis was analyzed using an integrative approach. The interaction between the heterosis and environment were also studied to uncover the environment impact on the phenotypic differences for abalone hybrids. The whole genome analyses were incorporated together with Allele-Specific Expression method to find and verify genes related with feed efficiency traits. Our research highlights the importance of integrative methods to uncover the mechanism of heterosis and pave a way toward revealing the molecular mechanisms in abalone heterosis. It would provide the references and lessons for heterosis research on other aquatic organisms and genetic improvement for feed efficiency related traits.

杂种优势利用是鲍性状遗传改良的重要途径，国内外已相继培育出多个新品种并得到广泛应用，然而鲍杂种优势产生的机理至今仍悬而未决。本项目拟以课题组最新培育出的具有显著产量超亲杂种优势的“绿盘鲍”杂交种为研究对象，围绕饵料利用率这一重要经济性状，对杂交种产量杂种优势产生的表型与生理学机制进行全面剖析，同时探讨杂种优势与环境的互作效应，开展杂种稳定性优势的生物学研究，并在全基因组水平揭示等位基因差异表达对鲍杂种优势的贡献，解析杂种优势形成的分子机制。研究结果可丰富鲍杂种优势形成以及利用的机理，同时也为开展鲍饵料利用效率的遗传改良研究提供借鉴。

绿盘鲍新品种系采用雌性皱纹盘鲍与雄性绿鲍进行种间杂交培育出的新品种，与现有养殖皱纹盘鲍相比，绿盘鲍的生长速度（体重）提高50%以上，耐高温性能提高2℃，增产效果显著，已进行了规模化推广应用并取得显著经济效益。杂种优势利用是鲍性状遗传改良的重要途径，国内外已相继培育出多个新品种并得到广泛应用，然而鲍杂种优势产生的机理至今仍悬而未决。本课题以项目组最新培育的国审新品种“绿盘鲍”为研究对象，1) 对其耐高温、耐低氧、抗病等性状进行了全面比较，创制了一套鲍食物转化率的精准测评设备，对绿盘鲍与皱纹盘鲍的食物转化率指标进行了详细评估，基于温度及饵料对鲍肠道微生物的影响研究，获得一批与食物转化率密切相关的差异细菌。2）课题组在福建东山、晋江以及山东荣成三个国内主要养殖区设置实验组开展为期一年的养殖试验，对主要经济性状进行评测，剖析不同环境下养殖性状的遗传效应，分析杂种优势在不同环境下的遗传差异。3）完成皱纹盘鲍、绿鲍和绿盘鲍三个种的精细基因组图谱组装工作，发现绿盘鲍相对于亲本群体发生了大量的结构变异，大部分同源基因有发生了结构变异，功能富集分析结果显示，这些基因主要与参与能量代谢相关通路有关。通过急性温度胁迫实验，结合转录组学展开研究，发现非加性表达基因广泛存在于绿盘鲍中，高温下非加性表达基因均表现为超显性表达，而且主要参与能量代谢与免疫相关通路，说明基因超显性表达在绿盘鲍对高温的响应过程中也发挥重要作用，同时也是其耐高温杂种优势形成的潜在因素。本课题综合采用多种技术方法探讨鲍杂种优势形成的生理及遗传机理，研究结果可为鲍的分子设计育种及强杂种优势组合的选配提供技术支撑，也为鲍新品种的持续开发奠定重要的理论基础。