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鲤连锁图谱及生长、肉质性状QTL定位研究

作　者: 郑先虎
导　师: 孙效文
学　校: 上海海洋大学
专　业: 水产养殖
关键词: 鲤遗传图谱比较基因组作图 QTL 肉质性状
分类号: S917.4
类　型: 博士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

鲤（Cprinus carpio）作为世界性的养殖鱼类，以年产340万吨，约占全球淡水养殖鱼类产量的14%，而在世界水产养殖业占据重要地位。鲤也是我国主要养殖鱼类，同时也是培养出品种最多的水产养殖种，养殖历史悠久，养殖产量高，在过去的几十年里大大促进了我国水产养殖业的发展，极大的满足了人们对动物蛋白的需求。但随着人们消费水平的提高，对水产品质量的需求已超过了对数量的需求。改善肉质不仅是畜禽行业面临的问题，也是水产行业不得不面临的问题。因此，对鲤肌肉品质性状进行选育是十分必要的。鱼类的肌肉品质是十分复杂的性状，受养殖环境、营养饲料等因素影响较大。传统的育种手段无法有效解决低遗传力性状的改良问题，分子育种技术的出现使我们对这类性状的选育成为了可能。在鱼类的分子标记育种中，要对特定的性状进行选育，一个首要的前提是获得控制该性状发育的基因，或者是控制性状发育的QTL位点。可以认为遗传连锁图谱的构建及性状的QTL定位是进行分子标记育种的前提。自2000年第一张鲤遗传图谱问世以来，鲤分子育种工作取得了较快的发展，目前已经构建了鲤的第三代连锁图谱，获得了一大批生长、饲料转化率和生理生化等性状的QTL结果。但早期的图谱采用的标记大都为显性标记（如RAPD、AFLP等）和少量的微卫星标记，图谱的标记少，图距大，分辨率和覆盖率大都较低，其利用率十分有限。本论文从两个方面出发，第一，利用高分辨率的SNP标记构建鲤的整合图谱及与斑马鱼基因组的比较图谱；利用整合图谱进行多群体QTL比较分析。第二，利用全同胞家系进行脂肪酶活力、肌肉脂肪含量、肌肉蛋白含量、灰分等肉质性状的QTL定位研究。具体研究结果如下：1、采用1536个SNP标记和300个微卫星标记，对3个群体的父母本及443个子代进行基因型分析，构建连锁图谱，并与实验室先前构建的图谱（68群体）进行整合。得到的整合图谱包含678个标记（421个SNP和257个微卫星），分布于42个连锁群上，图谱长度为2371.6cM，图谱覆盖率为86.7%，标记间平均间隔为3.7cM，连锁群平均标记为16个，连锁群长度范围3.2-201.0cM，标记范围为3-41个，连锁群平均间隔为1.4-24.1cM，连锁群内标记最大间隔为1.7-43.7cM。2、将整合图谱的标记序列与5种模式鱼的基因组进行比对，其同源标记分别为斑马鱼（Danio rerio）72.9%（489/671）、红鳍东方鲀（Takifugu rubripes）30.6%（205/671）、黑青斑河豚（Tetraodon nigroviridis）28.9%（194/671）、青鳉（Oryziaslatips）25.2%（169/671）和三刺鱼（Gasterosteus aculeatus）26.8%（180/671），鲤和5种模式鱼中均存在的同源标记有77个。在比对结果的基础上，构建了与斑马鱼基因组的比较图谱，其中479个标记分别对应于斑马鱼的25条染色体，其余10个标记位于斑马鱼未装配的scaffolds上，平均每个连锁群约11.4个标记。鲤与斑马鱼同源区域范围0.04Mb-61.37Mb，总共覆盖斑马鱼基因组1173.7Mb。约60%的鲤连锁群与斑马鱼染色体保持高度同线性关系，从而表明鲤与斑马鱼之间存在大量保守区域。同时，我们发现鲤的2个连锁群对应于斑马鱼的1条染色体，推断鲤与斑马鱼染色体为2:1的关系。3、利用构建整合图谱的4个群体对鲤生长相关性状进行QTL定位分析，获得体重、体长、体高和体厚4个性状QTL区间67个，其中主效QTL34个。进一步借助整合图谱对QTL结果进行整合和比较，分析生长性状QTL在群体间的变化规律，研究发现生长相关性状的QTL呈现成簇分布的特点，并揭示了主效基因和微效基因在不同的群体中的遗传表现，从而得出了主效基因在群体间是变化的，不固定的，为更合理地进行QTL定位及利用QTL进行分子育种提供了依据。4、以鲤的1个全同胞家系的190个子代为作图群体，选取了1515个微卫星标记进行全基因组扫描构建连锁图谱，有1172个标记能稳定扩增且表现出多态性，最终图谱包含931个标记（其中包括21个EST-SSR标记），分布于52个连锁群上，图谱长度为4060.1cM，基因组覆盖率为88.3%，标记间平均间隔为4.6cM，连锁群长度范围29.1-125.4cM，标记范围为4-39个，连锁群平均间隔为1.8-15.2cM，连锁群内标记最大间隔为6.6-45.2cM，平均每个连锁群约有18个标记，少于10个标记的连锁群有7个。5、获得脂肪酶活力性状95%连锁群水平的显著性QTL区间5个，置信区间为18-31.6cM，可解释变异率10.5%-17.7%。通过与鲤全基因组序列比对，在最大的一个QTL区间内设计40个SNP进行加密，最终15个标记整合到QTL区间内，标记间平均间隔从5.3cM缩小到1.8cM，其QTL的置信区间从31.4cM缩小至7.5cM，为95%基因组水平的显著性，可解释表型变异率上升到25.9%。进一步与斑马鱼基因组比对，利用斑马鱼的基因注释信息，对QTL区间进行候选基因的筛选，得到脂肪酶活力候选基因6个。6、以本研究构建的微卫星图谱为参照，均匀选取190个标记对8个全同胞家系的522个子代进行基因型分析，采用半同胞QTL分析策略对肌肉脂肪含量、肌肉蛋白含量、灰分和水分4个肉质性状进行QTL定位分析，在染色体显著性水平下，共检测到8个父系显著性QTL区间和13个母系显著性QTL区间。4个性状QTL数目分别为：肌肉脂肪含量4个、肌肉蛋白含量4个、灰分8个和水分5个。进一步对QTL效应显著家系进行分析，确定了21个QTL是真实存在的。

全文目录

摘要  4-7
ABSTRACT  7-13
引言  13-15
第一章水产动物遗传图谱及QTL定位研究进展  15-31
  1.1 主要水产动物遗传图谱的研究现状  16-27
    1.1.1 水产模式动物遗传连锁图谱最新进展  16-19
    1.1.2 主要养殖鱼类遗传连锁图谱最新进展  19-24
    1.1.3 其他水产养殖动物遗传连锁图谱情况  24-27
  1.2 主要水产动物QTL定位研究现状  27-31
    1.2.1 虹鳟  27-28
    1.2.2 大西洋鲑  28-29
    1.2.3 罗非鱼  29
    1.2.4 沟鲶  29
    1.2.5 牙鲆  29-30
    1.2.6 鲤  30-31
第二章 SNP整合图谱构建及比较作图  31-55
  2.1 材料和方法  31-34
    2.1.1 作图群体构建  31-32
    2.1.2 基因组DNA提取  32
    2.1.3 标记来源  32
    2.1.4 基因型分析  32-33
    2.1.5 图谱构建  33
    2.1.6 遗传图谱相关参数的计算  33-34
    2.1.7 比较作图  34
  2.2 结果  34-49
    2.2.1 标记筛选  34
    2.2.2 4个群体连锁图谱  34-35
    2.2.3 整合图谱及覆盖率  35-39
    2.2.4 同源标记  39
    2.2.5 比较图谱  39-49
  2.3 讨论  49-55
    2.3.1 多群体整合图谱优点  49
    2.3.2 标记顺序及整合图谱准确性  49-51
    2.3.3 比较作图优越性  51
    2.3.4 鲤与斑马鱼同线性关系  51-52
    2.3.5 鲤进化模式  52-55
第三章鲤群体间生长相关性状QTL比较分析  55-74
  3.1 材料和方法  55-56
    3.1.1 群体来源  55-56
    3.1.2 性状测定  56
    3.1.3 QTL定位和数据分析  56
    3.1.4 群体间QTL比较  56
    3.1.5 QTL区间内候选基因的筛选  56
  3.2 结果  56-69
    3.2.1 4个群体表型性状及相关性分析  56-58
    3.2.2 各群体QTL结果  58-63
    3.2.3 同一性状群体间QTL比较  63-66
    3.2.4 不同性状群体间QTL比较  66
    3.2.5 标记在家系间贡献率的变化  66-68
    3.2.6 QTL位点序列的比对  68-69
  3.3 讨论  69-74
    3.3.1 多群体QTL比较的优越性  69-70
    3.3.2 共享QTL的分类  70
    3.3.3 QTL在群体间共享的特点  70-71
    3.3.4 QTL的成簇分布  71-72
    3.3.5 群体间QTL变化规律及对标记辅助育种的启示  72-74
第四章鲤脂肪酶活力QTL精细定位  74-89
  4.1 材料和方法  75-76
    4.1.1 作图群体的建立  75
    4.1.2 性状测定  75
    4.1.3 标记基因型分析  75-76
    4.1.4 图谱构建  76
    4.1.5 QTL定位和数据分析  76
    4.1.6 QTL精细定位及候选基因筛选  76
  4.2 结果  76-84
    4.2.1 连锁图谱  76-78
    4.2.2 性状分布特征  78-79
    4.2.3 脂肪酶活力QTL结果  79-80
    4.2.4 脂肪酶活力QTL区间标记加密  80-82
    4.2.5 脂肪酶活力QTL区间内候选基因筛选  82-84
  4.3 讨论  84-89
    4.3.1 微卫星标记与遗传图谱  84-85
    4.3.2 QTL精细定位  85-86
    4.3.3 脂肪酶活力候选基因分析  86-89
第五章鲤肉质性状QTL定位分析  89-107
  5.1 材料和方法  89-91
    5.1.1 家系的构建  89-90
    5.1.2 家系区分  90
    5.1.3 性状测定  90
    5.1.4 标记选择和基因型分析  90-91
    5.1.5 图谱构建  91
    5.1.6 QTL定位和数据分析  91
  5.2 结果  91-102
    5.2.1 家系区分  91-92
    5.2.2 性状分布及正态分布检验  92-93
    5.2.3 图谱构建情况  93-95
    5.2.4 QTL定位结果  95-98
    5.2.5 显著效应家系间QTL分析  98-102
  5.3 讨论  102-107
    5.3.1 实验设计和QTL定位方法  102-104
    5.3.2 多家系QTL定位的优点与结果可靠性  104-105
    5.3.3 肉质性状选育的必要性和可能性  105-107
结论  107-109
参考文献  109-123
附录  123-149
攻读博士学位期间完成论文  149-151
致谢  151

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