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我国鱼类性别调控机制研究取得重大突破

2014-02-10 作者:中国水产科学研究 来源:中国水产科学研究院
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中国水产科学研究院黄海水产研究所陈松林研究员等联合深圳华大基因研究院、德国维尔茨堡大学、法国农业科学研究院和新加坡国立大学等单位组建的国际合作研究团队,在半滑舌鳎性染色体起源和性别决定机制研究方面取得突破性进展。近日,国际生物学领域顶级期刊Nature Genetics(《自然•遗传》)在线发表了相关研究成果(DOI 10.1038/ng.2890)

脊椎动物性染色体的起源和进化一直是生物学界的研究热点,半滑舌鳎的性别决定类型为ZW/ZZ,雌性具有巨大的异形性染色体(W染色体)。且雌性比雄性大2-4,是目前发现的雌雄生长差异最大的鱼类之一。半滑舌鳎性染色体分化程度大,雌雄表型差异显著,使之成为研究脊椎动物性染色体进化和表型分化的理想模型。

陈松林研究团队和深圳华大基因研究院等合作对半滑舌鳎雌雄鱼分别进行高深度全基因组测序、组装和分析,并结合高密度遗传连锁图谱(SSRSNP),构建了Z染色体精细图谱和W染色体序列图谱。发现由于半滑舌鳎性染色体高度分化,W染色体积聚了大量转座元件和假基因(含量分别为29.94%,19.74%),Z染色体为13.13%3.54%,而常染色体仅为4.33%2.48%。通过与人类、鸡以及河豚、青鳉和斑马鱼基因组进行系统比对,推演出脊椎动物祖先染色体,发现半滑舌鳎的性染色体并不和已知性染色体的鱼类共祖先,而是和鸡的ZW染色体共起源。特别是发现半滑舌鳎和鸡性染色体的趋同进化现象。发现半滑舌鳎dmrt1基因是Z染色体连锁、雄性特异表达、精巢发育必不可少的关键基因,表现出性别决定基因的特性。

在性反转调控机制方面,筛选获得半滑舌鳎性别特异微卫星标记,创建了雄鱼、雌鱼和超雌鱼遗传性别的分子鉴定技术,准确率达100%,攻克了难以鉴定ZW雌鱼和WW超雌鱼的技术难关;发现伪雄鱼后代中90%以上的ZW个体性转变为伪雄鱼,揭示了半滑舌鳎养殖苗种中生理雄鱼比例明显偏高的遗传学原理;通过全基因组甲基化测序分析发现伪雄鱼后代中的伪雄鱼保留了父本伪雄鱼的甲基化模式,揭示了伪雄鱼Z染色体上的性别调控基因甲基化的遗传性,为半滑舌鳎性别控制和高雌性苗种研制提供了理论依据。

该成果对从基因组水平揭示鲽形目鱼类性别决定、生长、生殖发育、免疫抗病、变态、生态适应等重要性状的分子机制具有重要科学意义和应用价值,对其他脊椎动物性染色体进化和性别决定机制研究具有指导和借鉴作用,同时也为半滑舌鳎性别控制、全基因组选择育种及高雌性苗种选育技术的建立提供重要的基因资源和技术手段。

Nature genetics影响因子在Nature系列期刊中稳居前列(IF=35.5),超过了CellScience等综合型期刊。该项研究成果是水科院在基础科学研究领域的重大突破,是迄今为止我国渔业领域发表的第1Nature Genetics研究论文,标志着我国在鱼类性别决定机制研究领域达到了世界先进水平。该研究得到公益性行业(农业)科研专项、国家“863”计划、国家自然科学基金重点等项目资助。

记者昨日从深圳华大基因研究院获悉,来自中国水产科学研究院黄海水产研究所、深圳华大基因研究院、哥本哈根大学、德国维尔茨堡大学、法国农业科学研究院和新加坡国立大学等单位的科研人员成功破译了迄今为止首个比目鱼—半滑舌鳎(俗称“龙脷”)全基因组序列图谱。有趣的是,研究人员发现,通过温度诱导,半滑舌鳎的性别可以发生逆转。

据了解,该研究揭示了半滑舌鳎性染色体起源机制和比目鱼底栖适应的分子机制,同时为后续半滑舌鳎的遗传改良、新品种培育奠定基础,成果于201422日发表在《自然·遗传》上。此外,研究人员还揭示了半滑舌鳎温度控制下的性别逆转现象的表观遗传调控机制,并发现了在这种表观遗传调控下的性别逆转的稳定遗传现象。

高等生物的性别决定机制和性染色体的起源和进化一直是生物学界的研究热点。半滑舌鳎是中国特有的名贵经济海水鱼类,属于近海温水性底层鱼类。半滑舌鳎拥有一套特殊的性别决定机制,既可以由基因型所控制,也会受到培养温度的调控。正常情况下其具有ZW/ZZ性染色体系统,雌性具有巨大的异形性染色体(W染色体)。然而当具有雌性染色体的幼鱼在高温环境下培育却会定向地发育为具有生育功能的雄鱼。有趣的是,这些诱变的雄鱼所产下的所有具有W染色体的后代在正常情况培育下也会发育为雄鱼。因此该物种具有非常特殊的性别决定系统,是研究两种性别决定机制分子基础绝佳模型。

主导这一项目的深圳国家基因库基因组生物多样性课题组负责人、华大基因张国捷博士表示:“性别的形成是生物进化过程中的一次飞跃性的变化,对增强物种适应性具有重要意义。然而我们目前对性别如何决定了解仍然非常有限。高等脊椎动物的性别决定非常复杂。温度诱导的性别决定系统在高等脊椎动物里广泛存在,研究这一过程中的分子机制对我们理解基因与环境互作的机制以及生物多样性产生具有重要的启示意义”。

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[责任编辑:智农人] 标签: 宋体 雄鱼 的是 表型 也会
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