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研究成果
工作简报
时间:2013/03/19         点击率:

自2009年11月24日项目启动以来,经过项目组成员三年的努力工作,取得了重要进展。在鲤鱼等重要养殖鱼类中获得包括SSR、SNP和AFLP在内的分子遗传标记数十万个;建立了适合生长、抗病等性状QTL研究的各种家系(品系)60多个;构建了7个遗传连锁图谱;鉴定与生长、饲料转化率等性状的QTL位点120多个、主效基因40余个,克隆重要经济性状相关基因37个;全面实现项目的阶段性预期目标,并为下一步研究奠定了坚实基础。下面分三方面将进展情况总结如下:
一、水产分子育种共性技术平台初步建立
1、分子遗传标记大规模开发
水科院利用鱼基因组和转录组测序数据,开发出微卫星序列9.2万条,并整理为“鲤鱼微卫星数据库”,面向全社会共享:http://genomics.cafs.ac.cn/ssrdb。其中黑龙江所合成微卫星序列引物4000多条,已鉴定出多态性微卫星标记1800多个。此外,水科院还对多个品系鲤科鱼类(镜鲤、荷包红鲤、兴国红鲤、黄河鲤)进行转录组测序,挖掘71.2万个SNP位点。其中,获取四个品系特异性SNP数目分别是 5.3万,5.1万,4.7万,3.9万,并正在设计含超过20万个位点的SNP芯片。对二倍体鲫鱼进行454测序,经筛选获得5,700多个SNP位点。黑龙江所通过224份家系样本的高通量测序,鉴定出含SNP的序列80万条,在大家系中筛选多态性SNP标记3.1万个。长江所筛选鳙鱼AFLP多态性位点900余个。水生所通过富集文库构建和筛选测序获得鲢、鳙的725个微卫星标记。珠江所开发乌鳢微卫星标记139对微卫星引物。

2、主要水产养殖种遗传连锁图谱的构建
黑龙江所建立了鲤中密度遗和高密度遗传连锁图谱各1个:采用镜鲤F1群体(190个体)为作图群体,共获得了1116个微卫星标记的基因分型,共构建了51个连锁群,连锁在图谱上的标记共990个,连锁群标记数5-41个,平均19.4个,总图距5138.2CM,平均图距5.19cM。同样采用镜鲤F1群体(224个体)为作图群体,共获得3万个SNP标记基因分型数据,共构建了50个连锁群,连锁在图谱上的标记共4026个,连锁群标记数38-135个,平均84.12个,总图距4319.28CM,平均图距1.07cM,达到了QTL精细定位的水平。
长江所建立了两张鲢性别平均连锁图谱,一张是由全微卫星DNA标记组成的SSR性别平均图谱,另一张是由微卫星DNA标记和AFLP标记组成的SSR-AFLP性别平均图谱。包含233个微卫星标记分布在30个连锁群,每个连锁群平均7.7个标记,平均连锁群长度1.8-66.1 cM ,标记平均间隔3.9 cM ,图谱总长度812.5cM,覆盖率为77.6% 。
珠江所采用AFLP分子标记技术构建加州鲈遗传连锁图谱:采用AFLP分子标记技术构建加州鲈遗传连锁图谱,雌性框架图包括75个遗传标记,分布在21个连锁群中,标记间平均间隔为18.22cM,图谱总长度为983.8 cM;雄性框架图包括82个遗传标记,分布在22个连锁群中,,标记间平均间隔为19.22cM,图谱总长度为1153.2,图谱的总覆盖率分别达到了70.28%和72.86%。
上海海大建立了红鲤遗传连锁图谱:利用378个AFLP标记与24个微卫星标记共402个标记进行遗传连锁图谱构建,所构建的图谱中涵盖50个连锁群,图谱中标记数369个,最长连锁群472.6 cM,总间隔数为319,标记的平均间隔数为15.24 cM。图谱总长度为5608.1cM,图谱预期长度7588.4cM,图谱覆盖率为73.9%。
3、分子育种相关分子标记的鉴定和功能基因克隆
获得了一批重要经济性状相关的主效基因和分子标记:
黑龙江所鉴定了德国镜鲤体重、饲料转化率、全长、体长、体高、体厚、头长、尾柄长、尾柄高、吻长、眼间距、生长速率等12个性状的122个QTL区间,单个QTL区间解释表型变异介于12.9%~66.6%之间,其中可解释的遗传变异率超过20%的主效基因40个。此外,还在松浦镜鲤中筛选到2个抗病相关的分子标记。
上海海大在红鲤中共获得了与全长、体长、体高、尾柄长和尾柄高6个生长相关性状的25个QTL,可解释表型变异的0.05%-61.40%。获得1个彩鲤体色相关性状的分子标记,该成果已申请专利(专利申请号:200910197432.5)。
珠江所在大口黑鲈中鉴定了两个SNP突变位点跟生长显著相关。
淡水中心在建鲤中获得了雌、雄成鱼增重相关标记15个。
珠江所在乌鳢中获得2个性别特异性的微卫星标记。
这些重要经济性状相关的主效基因和紧密连锁的标记的获得为这些物种的分子育种奠定了基础。
重要经济性状功能基因的克隆:
长江所克隆了鲢3个低氧胁迫相关基因:转铁蛋白基因、Cu/Zn-SOD和MnSO基因。
上海海大获得3个草鱼生长相关基因: IGF-2的克隆、胰岛素样生长因子结合蛋白基因和肌肉生长抑制素基因;获得1个彩鲤酪氨酸酶基因。
淡水中心克隆了建鲤生长相关功能基因数29个(包括4个MSTN,2个GH,4个GHR,2个IGF-1,2个IGF-2,2个IGFBP3,2个IGFBP1,2个Leptin,2个Ghrelin,2个GPR39,2个FABP3,2个ODC1,1个GOAT)。
珠江所克隆了大口黑鲈促生长激素释放激素基因。
4、建立和完善了基于鲤鱼经济性状的分子育种技术和理论
黑龙江所结合多年来鲤的分子育种实践,建立了基于亲本遗传背景的育种技术和基于基因与性状连锁关系的育种技术两种分子育种共性技术,并开发了相应软件:
(1)基于亲本遗传背景的育种技术,编写了基于亲本间遗传距离的亲本配组软件
鱼类的生长性状和其遗传背景(即遗传距离)相关,经三年对100多个鲤鱼家系的雌雄亲本遗传距离对子代生长速度与成活率的相关分析,编写了基于亲本遗传距离的计算机程序,并发现鲤鱼雌雄亲本遗传距离在0.40-0.70时子代具有较快的生长速度和较高抗逆性(成活率),因此,确定 0.4-0.7作为亲本选择的“阈值”。
(2)基于基因与性状连锁关系的育种技术,设计了鲤基于QTL结果的计算机选择亲本的软件
利用经济相关基因开展育种研究对一些质量性状比较好做,采取聚合育种技术方案即可,对数量性状的分子育种一直没有合适的技术方案和相关软件,我们在大量的经济性状QTL结果之上,以基因座之间无显著影响为理论依据,建立了利用基因座在不同群体中的可解释的变异率,对基因座和基因型进行育种值赋值,采用最小二乘法的统计处理方法,建立了基于经济数量性状QTL结果的育种技术,建立了可大规模进行雌雄亲本的配组的计算机选择育种方法,这个育种技术是许多技术方法的集成技术,涉及到基因对性状的相关关系的阐述、多基因座不同基因型在子代中的重组及育种值的预测等。
5.分子育种计算机选种软件共享计划
黑龙江所开发了基于亲本遗传背景的育种技术的选种软件,并已设计项目内各单位共享计划,软件的使用只要签订协议后,各单位即可免费使用此软件。索要协议者可向匡友谊助理研究员发信(youyikuang@hotmail.com)。
6、BLUP育种技术服务平台建设
水科院开发出水产动物育种数据采集系统,包括水产动物育种场核心群中每个个体、家系的基本信息,以及生长性能、抗病性能、繁殖性能等测定数据,建立了网络数据服务器和web服务器。
二、品种培育初见成效
基于分子育种技术,本项目组在前期工作基础较好的物种已经培育出了多个优良品种和品系,对基础相对薄弱的物种也已经利用分子育种的家系构建技术建立了选育基础群体。其中:
黑龙江所在德国镜鲤中已获得了生长快速的镜鲤优良品系,基于标记指导的大规模混合家系选育技术,大规模建立混合家系繁殖子代约500个家系,结合标记指导的群体选育技术获得40个优良家系共300万尾苗种,作为大规模混合家系繁殖选育的下一代核心群体,平均生长比对照快40%;德国镜鲤抗病课题组获得了7个镜鲤抗病力高的家系,分别比对照组提高20.0%-74.6%;此外,黑龙江所还建立了耐碱雅罗鱼基础群体1万尾,建立耐碱鲫鱼家系2个,获得子代1万尾。
水生所建立了可进行生长和饲料转化率等性状的镜鲤、杂交鲤优良家系11个;筛选到异育银鲫抗典孢子虫品系1个,获得生长快、抗病力强的银鲫候选新品系1个。
珠江所获得生长快速的鲢新品种“长丰鲢”,二龄鱼体重平均比普通鲢增产14-25%;三龄鱼体重增长平均比普通鲢快20.47%。
珠江所对加州鲈经5个世代的选育,生长速度比非选育养殖群体生长速度增长了17.8-25.3%,选育效果明显,已通过国家原良种审定委员会的审定,养殖新品种定名为“优鲈1号”。
上海海大获得了五个观赏彩鲤配套选育系,各系体色纯合度在91.55-100%;获得了5个生长食用型彩鲤选育系,生长速度比对照组高3.08-20.13%。此外,上海海大选育的瓯江彩鲤良种已通过全国水产原种和良种审定委员会审定,等待农业部公告推广。
三、技术推广逐渐展开
本项目建立并完善的水产分子育种共性技术,通过技术培训等方式向基层养殖人员推广了先进的分子育种技术,育成的镜鲤、虹鳟、大黄鱼等优良品系已在黑龙江、北京、天津等国家级良种场及养殖户中应用,获得了显著的经济效益。项目培育的优良品种已推广,“长丰鲢”、加州鲈和瓯江彩鲤等优良品种已在湖北、湖南、上海、浙江、安徽、四川、重庆、陕西、宁夏、广东等省市养殖,增产效果明显。
另外,项目组在北京举行了“鱼类分子育种研讨班”,在会上对“基于遗传背景的分子育种软件”进行了推广应用,目前有8家主要水产遗传育种院校及科研院所与本单位签订了软件使用协议。本项目构建的分子育种 技术和BLUP育种技术两个面向全国的网络服务平台也已在项目以外其他水产物种中推广应用。
“水产分子育种共性技术的建立与应用” 项目将分子生物学和基因组学应用到水产动物育种研究中,通过与传统选育方法的结合,将逐步实现水产生物育种共性技术的更新换代,提高选育效果,培育优良品种,最终达到解决产业中遇到的重大技术问题。

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