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《上海海洋大学》 2011年
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马氏珠母贝生长相关杂种优势和EST序列分析

王爱民  
【摘要】:为开展马氏珠母贝遗传改良和培育优质新品种,作者制定了“珍珠贝育种规划(Pearl oyster breeding scheme, POBs)”,以马氏珠母贝的印度养殖群体和三亚群体作为2个基础群(basic population),开展2×2双列式杂交,通过杂交获得在生长速度(壳高和体重)和海水珍珠质量(珍珠颜色和珠层厚度)等性状具杂种优势优良的新品种。 为验证“珍珠贝育种规划(Pearl oyster breeding scheme, POBs)”,首先,研究马氏珠母贝海南养殖群体的生长特性;然后,以马氏珠母贝印度养殖种群和三亚野生种群开展2×2双列式杂交,期望获得可在生产上应用杂种优势;探讨表型杂种优势、生长杂种优势、遗传变异、以及与生长相关性状的遗传效应等;最后,为进一步开展分子辅助育种工作,构建了cDNA文库,开展了EST分析和注释。 1.马氏珠母贝养殖群体的生长特性 马氏珠母贝第一年是壳高的快速生长,接着第二年是体重的快速增加,壳高的生长往往受到水温的影响,生长速度在夏季降低,符合修改的von Bertalanffy模型: (?)(y单位为mm,t单位为天),体重的生长是稳定增加的,除了在台风和生殖季节外,符合logistic模型:(?)(y单位为g,t单位为天);研究表明大多数马氏珠母贝在养殖16-20月后能够用于插核手术,为了刚好达到4-6月份插核的季节,马氏珠母贝的育苗最好在秋季而不是在现在生产上常用的春季育苗。 2.马氏珠母贝2个地理群体正反杂交子代的表型杂种优势与遗传变异分析 以马氏珠母贝印度养殖群体(II0)个体和三亚野生群体(SS0)个体作为亲本,建立2×2双列式杂交组合: II1:印度养殖群体(II0)♀×印度养殖群体(II0)♂,自交; IS1:印度养殖群体(II0)♀×三亚野生群体(SS0)♂,正交; SI1:三亚野生群体(SS0)♀×印度养殖群体(II0)♂,反交; SS1:三亚野生群体(SS0)♀×三亚野生群体(SS0)♂,自交; 对2×2双列式杂交组合子代分析表明,两个杂交组子代在壳高、壳长、绞合线长、壳宽、壳重上都表现出杂种优势;正交子代在壳宽指数上表现出杂种优势,而在体重和壳重指数上未表现杂种优势;反交子代在体重和壳宽指数上表现出杂种优势,而在壳重指数上未表现杂种优势;反交子代在壳高、壳长、绞合线长和壳重上的杂种优势较IS_1高,差异极显著(P0.01),而正交子代在壳宽上的杂种优势较反交子代高,差异极显著(P0.01)。应用6个微卫星位点分析4个组合子代的平均FST值为0.357,表明4个组合子代间有较大的遗传差异和较高的分化水平;平均等位基因数依次为SI_1(6.17) IS_1(6.00) II_1(5.00) SS_1(4.67),等位基因丰度依次为SI_1(5.34) IS_1(5.04) II_1(4.47) SS_1(4.55),期望杂合度(He)依次为IS_1(0.55) SI_1(0.54) SS_1(0.44) II_1(0.42),观察杂合度(Ho)依次为SI_1(0.52) IS_1(0.46) SS_1(0.44) II_1(0.42),杂交子代的杂合度和遗传多样性高于自交子代,杂交增加了杂交子代的杂合度和遗传多样性,杂种优势与杂合度和遗传多样性增加直接相关。 3.马氏珠母贝2个地理群体正反杂交子代的生长杂种优势 应用von Bertalanffy模型分析了4个组合子代壳高的生长,发现杂交子代IS_1和SI_1的壳高生长速度高于SS_1(p0.01),但低于II_1(p0.01),无论是壳高的拟合值(理论最大值)y∞,还是生长系数k和生长指数φ都显示出II_1SI_1IS_1SS_1;同样,用logistic模型分析了4个组合子代体重的生长,杂交子代IS_1和SI_1的体重生长速度高于SS_1(p0.01),但低于II_1(p0.01),无论是体重的拟合值(理论最大值)y∞,还是生长指数φ都显示出II1_SI_1IS_1SS_1,但生长系数k未显示出这种规律;将三个参数y∞,k和φ与实测值的杂种优势率比较发现,y∞不但能够体现生长速度的快慢,而且能够预测杂种优势;y∞可以作为贝类遗传育种中一个与生长相关的重要指标。 在不同的生长阶段,杂交子代IS_1和SI_1的壳高杂种优势率都为正向杂种优势,但SI_1杂种优势率大于IS_1;SI_1的体重杂种优势率都大于IS_1;杂交子代的壳高和体重杂种优势率与亲本II_0比较时,超亲杂种优势率都为负向,而与亲本SS比较时,超亲杂种优势率都为正向,其中杂交子代SI_1的超亲杂种优势大于IS_1,说明本研究所使用的杂交亲本II_0是一个生长性状优良的亲本,在改造本地三亚贝的生长性状时作用显著。 如果按50%的个体达到60mm规格和插6.5 mm直径的珠核时所需要的时间算,养殖II_1需要1年(12个月)时间,杂交子代SI_1和IS_1分别需要450天(15个月)和465天(15.5个月);但考虑到II_1因壳薄易碎不是优良的育珠贝,选择SI_1更合适作育珠贝;使用SI_1从养殖15个起就能够安排插核,因此,发展SI_1作育珠贝可在生产上缩短养殖时间,降低养殖成本。 4.马氏珠母贝与生长相关性状的遗传效应分析 应用朱军的AD模型(加性-显性遗传模型)和ADMP模型(加性-显性-母体效应-父体效应遗传模型)研究马氏珠母贝与生长相关性状的遗传规律。在壳高、绞合线长、壳宽、体重、壳重、壳宽系数和壳重系数等7个性状中,加性方差分量占总变异比例都大于显性方差分量占总变异比例,在30%-88%之间,这些性状可以通过选择方式进行改良;壳高、绞合线长、体重、壳重、壳宽系数和壳重系数等6个性状中,父性方差分量占总变异比例大于母性方差分量占总变异比例,母性方差分量占总变异比例为0,而在壳宽,母性方差分量占总变异比例大于父性方差分量占总变异比例,父性方差分量占总变异比例为0。这样,在改良前6个性状需要考虑父本的作用,在改良壳宽时,则需要考虑母本的作用。各性状的遗传力都达到极显著水平(p0.01),狭义遗传力为0.15-0.69和0.30-0.88,广义遗传力为0.33-0.90,表明对这些性状改良时,无论是选择还是杂交都能获得理想的结果。 印度养殖贝与三亚野生贝杂交时,在壳高、绞合线长、壳宽、体重、壳重和壳宽系数等6个性状上呈现正向显性效应,但对壳重系数呈现负向显性效应。这说明印度养殖贝和三亚野生贝的杂交组合能够在大多数性状上获得杂种优势。 预测F_1和F_2的群体平均优势和群体超亲优势表明,(1)不同的生长阶段表现的群体平均优势的性状是不相同的,在生长后期阶段,研究的7个性状中,只有3个性状(壳高、壳宽和体重)表现出正向群体平均优势,并达到极显著水平,而壳重系数表现为负向群体平均优势;(2)群体平均优势的性状在F_1和F_2连续存在;(3)群体超亲优势为负向优势,说明杂交亲本之一“太优秀”,使之无法到达超过亲本的优势。 5.马氏珠母贝cDNA文库建立和表达序列标签分析 构建了马氏珠母贝成体组织的cDNA文库,通过测序获得了7128 EST序列。聚类分析结果显示,共有788 contigs (包含5769条EST)和1351 singletons,因而共有2139个unique基因。Unique基因中935个可以在GenBank查找到相似性序列(E-value≤0.005),其余的1204个Unique基因(56.3%)为新的无同源序列。已知的相似性基因中大部分与细胞结构、蛋白质结合和代谢过程相关。推测的宿主抗性基因共有86个,包括C型凝集素(C-type lectin),转铁蛋白(ferritin),泛素(polyubiquitin),蛋白酶(proteases),蛋白酶抑制子(protease inhibitors),热休克蛋白(heat shock protein)和RAS原癌基因等。本研究开发的EST序列将为进一步开展珍珠贝基因鉴定、分子标记开发以及宿主抗性机制的研究奠定基础。 总之,本研究证明,马氏珠母贝地理种群之间杂交杂种优势是存在的。与生长相关的性状主要受加性效应控制,加上这些性状的狭义遗传力高,在封闭继代选择法建立父系或母系专门化品系时,可通过群体选择(Mass selection)或家系选择(Family selection)提高亲本的性状;在父本应该加强壳高、绞合线长、体重、壳重、壳宽系数和壳重系数等6个性状的选择,而在母本应该加强壳宽的选择;由于与生长相关的性状主要还受到显性效应控制,狭义遗传力高,进行杂交能够获得杂种优势;由杂交获得的群体平均优势不但能够在F_1存在,而且能够在F_2连续;因此,发展以三亚野生群体♀×印度养殖群体♂杂交子代作为优良品系是正确的;开发的EST为进一步分子辅助育种工作奠定了基础。
【学位授予单位】:上海海洋大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2011
【分类号】:S917.4

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【引证文献】
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