中国对虾遗传负荷相关位点的作用机理研究

The high heterozygosity genome of marine aquatic animals results in a large number of deleterious alleles, which are known as high genetic load and seriously hamper the germplasm stability and sustainable development of shrimp aquaculture. In this study, by using inbred lines of Chinese shrimp as the research model, we aim to investigate the mechanism of genetic load on genomic level. First, we search all candidate loci related to genetic load by segregation distorted and linkage analysis using high-throughput and cost-effective SNP genotyping technique in several F2 families of Chinese shrimp, the molecular modes of action are also determined. Second, samples of different lines and various development stages are utilized to confirm the changing character and the target traits of these loci by detection of the allele frequency. Finally, all above results are integrated together to find the major genes using data comparison and bioinformatics technology, the characteristics of gene expression are also verified by Real-time PCR in candidate key genes. This study will not only lay an important foundation for deeper understanding of the mechanism of genetic load, but also provide necessary technical and theoretical support for cultivating new brand in Chinese shrimp.

海洋水产动物基因组有很高的杂合度，导致其中隐含了大量的有害位点，这些与遗传负荷直接相关的位点给种群带来的危害严重影响了国内对虾种质的稳定性和产业的可持续发展。本课题以近交的中国对虾为研究模型，从全基因组水平研究遗传负荷相关位点的遗传和作用机理。主要研究内容包括：利用高通量低成本的SNP分型技术，对中国对虾多个近交家系进行标记的偏分离分析，结合连锁分析、基因型与性状的关联分析，筛查基因组中的有害位点并确定其作用方式；同时利用不同家系、不同时期的材料，通过检测各遗传负荷相关位点等位基因频率的变化特点来确定其作用规律和影响性状；通过对上述结果的生物信息学比对，鉴别遗传负荷相关位点调控的主要功能基因，并利用Real-time PCR等方法对关键基因进行表达水平的验证。本项目的研究成果将为我们深入了解遗传负荷位点的作用机制提供学术基础，并以此为指导为培育高产、稳定的中国对虾新品种提供技术和理论支持。

海洋水产动物基因组有很高的杂合度，其中隐藏了大量的有害位点，这些遗传负荷相关位点严重影响了国内对虾种质的稳定性和产业的可持续发展。遗传负荷在选择淘汰下最直接的表现是造成遗传偏分离，它普遍存在于大部分遗传学研究中，因此可以利用此现象来研究遗传负荷位点的作用机制。在本研究中，我们利用构建的中国对虾全同胞家系为材料，通过在其幼虫期施加高强度选择，人为的放大遗传负荷的作用而引入遗传偏分离。研究首先通过2b-RAD简化基因组测序，广泛筛查基因组代表性标记并研究其偏分离的类型和特点，确定其显性和超显性作用机制。在开发的32229个标记中，50.77%的标记出现了偏分离；91.57%的偏分离发生在受精后，说明合子偏分离是其主要方式；在这其中，杂合子过剩（53.07%）和纯合子缺失（41.96%）在合子选择中都起了重要作用。进一步的分析却发现，一部分的杂合子过剩很可能是因为隐性有害位点的遗传搭载效应造成的“假超显性”，并找到了相关证据，这类位点的具体比例暂时无法估计。研究构建了一张密度为0.40cM的包含偏分离标记的中国对虾高密度遗传图谱，分析了偏分离标记在图谱中的分布特点，并对主要性状进行了QTL定位。共筛查到16个性状的20个QTL落在偏分离区，其中包含了对虾全长、抗病死亡时间等重要的经济数量性状，单个QTL可解释的表型变异在5.6%-12%之间。通过对幼虫不同时期选择淘汰的追踪记录，总结出各个变态发育时期自然淘汰的比例和规律等特点。配合这些时期幼虫样品的高通量测序数据，在等位基因频率变化层面进行了验证。本研究结果认为隐性有害位点和杂合优势在遗传负荷中都起一定的作用，但有害位点在其中占主导作用，因此支持显性学说。研究结果可以帮助我们更好的理解遗传负荷的作用机制，同时可以为对虾选育策略的制定提供必要的理论指导。