縊蟶(Sinonovacula constricta)EST-SSR標記與生長性狀的相關性分析*

邵艷卿 方 軍 柏 艷, 張炯明 肖國強滕爽爽 劉 博 柴雪良①

(1. 浙江省海洋水產養殖研究所 浙江省近岸水域生物資源開發與保護重點實驗室 溫州 325000;2. 溫州醫科大學 溫州 325000)

縊蟶(Sinonovacula constrictaLamarck)俗稱蟶(福建)、蜻(浙江)或跣(我國北方), 其肉味鮮美, 營養豐富, 含有豐富的蛋白質、維生素和無機鹽。除供鮮食外, 還可制成蟶干、蟶油等, 是消費者喜愛的海產食品, 也是我國傳統四大養殖貝類之一(王如才等,2008)?？O蟶養殖歷史悠久, 過去主要集中在福建和浙江一帶, 隨著縊蟶養殖業的不斷擴展和人工育苗技術日漸成熟, 江蘇、山東等地紛紛引進苗種, 有力地推動了縊蟶養殖業的發展。然而, 目前人工苗的親蟶絕大多數來自人工養殖, 其種質屬于未經遺傳改良的野生種, 在經過多年累代繁、養殖之后, 出現了成活率低、生長速度減慢和抗病力下降等生產性狀退化現象; 加之, 無序的養殖、盲目引種和養殖環境的日益惡化, 已經嚴重制約了縊蟶養殖業的健康持續發展(王興強等, 2006; 劉博等, 2013)。因此, 采用有效方法培育出高產、抗逆的縊蟶優良品種成為突破瓶頸、帶動產業快速發展的當務之急。

利用分子遺傳標記進行標記輔助選育, 是當今動物遺傳育種研究的熱點之一。微衛星也稱簡單重復序列(simple sequence repeat, SSR), 是由1-6個核苷酸組成的簡單串聯重復DNA序列(Tautz D, 1989), 按照其來源可分為基因組 SSR(G-SSR)和表達序列標簽SSR(EST-SSR)。微衛星標記具有數量多、多態性豐富、共顯性遺傳、重復性好等優點(Zaneet al, 2002; 劉芳等, 2006), 在篩選水產動物形態、抗病、抗逆、性別等經濟性狀相關標記方面已被廣泛使用, 如在虹鱒(Oncorhynchus mykiss)(Rodriguezet al, 2004)、鯉魚(Cyprinus carpio)(張義鳳等, 2008; 顧穎等, 2009)、南美白對蝦(Litopenaeus vannamei)(Zhanget al, 2007)、馬氏珠母貝(Pinctada martensii)(鄧岳文等, 2013)、文蛤(Meretrix meretrix)(Luet al, 2013; Nieet al, 2013)等都已有相關報道, 而縊蟶在性狀相關標記篩選方面則還未見報道。本研究首先構建縊蟶全同胞家系, 進而采用 SSR技術對其分子特征進行檢測, 并結合其數量性狀度量, 篩選與縊蟶生長性狀顯著相關的分子標記, 以期為縊蟶生長性狀的QTLs定位、分子標記輔助育種和新品種培育提供參考依據。

1 材料與方法

1.1 實驗材料

所用縊蟶樣品為2011年10月在浙江省海洋水產養殖研究所清江基地培育的全同胞(F1)家系(包含父母本樣品), 養殖一齡后隨機取120顆, 測量殼長、殼高、體重等指標, 解剖取肌肉組織, 固定于90%乙醇中備用。

1.2 DNA提取、PCR擴增及檢測

基因組 DNA 采用常規的苯酚/氯仿/異戊醇法抽提, 用紫外分光光度計測定濃度, 再用無菌水統一調至100ng/μL, –20°C保存備用。PCR反應體系總體積為25μL, 包括10×PCR buffer 2.5μL, 25mmol/L MgCl22.5μL, 2.5mmol/L dNTPs 2μL, 上下游引物(10μmol/L)各 1.0μL, 5U/μL Taq DNA 聚合酶(TaKaRa)0.13μL,DNA模板 1.0μL, 加滅菌雙蒸水至 25μL。PCR擴增程序為: 94°C預變性5min, 進入30個PCR循環[94°C 30s, 退火溫度(表 1) 30s, 72°C 30s], 最后 72°C 下延伸7min。擴增產物經6%的變性聚丙烯酰胺凝膠電泳檢測, 硝酸銀染色。

本實驗所用引物來自劉博等(2012)已發表的和后續自主設計開發。所有引物均由上海生工生物工程有限公司合成, 根據親本篩選出 16對多態性引物用于后續研究(表1)。

1.3 數據分析與統計

根據電泳圖譜, 并參照引物設計時預期片段的大小判讀、統計條帶。用PopGene (Verion3.2)軟件計算各位點在子代中的等位基因頻率(allele frequency)、等位基因數(observed number of alleles,Na)、有效等位基因數(effective number of alleles,Ne)和觀測雜合度(observed heterozygosity,Ho); 根據親本的基因型推算各位點在子代的期望雜合度(expected heterozygosity,He); 根據Botstein等(1980)的公式計算出多態性信息含量(PIC)。

用SPSS19.0軟件中的卡方檢驗分析各位點在子代中的分離比是否符合孟德爾遺傳; 用一般線性模型(general linear model, GLM)對SSR位點基因型與主要生長性狀(殼長、殼寬、殼高和體重)進行相關性分析, 經方差分析檢驗呈顯著性差異的位點, 使用Duncan法進行多重比較。

2 結果與分析

2.1 縊蟶的生長指標分析

隨機取縊蟶 F1家系 120個個體, 分別測量其殼長、殼寬、殼高、體重的生長指標, 測量結果見表2,4個生長性狀都呈現連續變異的特點, 符合典型的數量性狀或多基因遺傳特點。通過K-S單樣本正態分布檢驗, 結果顯示其殼長、殼寬、殼高與體重的P值分別為0.56、0.30、0.25和0.57, 均符合正態分布(表2),適合作為標記與性狀相關分析的材料。

2.2 縊蟶SSR遺傳多樣性分析及其基因型分布情況

用16個SSR位點對縊蟶親本及其子代120個個體進行了PCR擴增, 其中有1個子代個體PCR產物電泳條帶不夠理想, 因此舍棄了該個體。遺傳參數統計結果表明(表3): 16個位點共檢測到39個等位基因,各位點的等位基因數2—4個, 平均2.44, 平均有效等位基因數為2.09; 觀測雜合度在0.36—1.00之間, 平均為0.58; 期望雜合度在0.50—1.00之間, 平均為0.63;多態信息含量(PIC)在0.25—0.70之間, 平均值0.40。

根據親本和子代的基因型判讀統計。16個位點中有 4個位點子代具有 4種基因型, 為 1︰1︰1︰1(BC×AD/AB×BC/AC×BD)的分離類型; 10位點屬 1︰1分離類型, 其中4個為雄親雜合雌親純合, 6個為雌親雜合雄親純合; 2個位點屬1︰2︰1 (AB×AB)分離類型。根據卡方檢驗, 有 10個位點(62.5%)的子代基因型分布處于平衡狀態(P>0.05), 其它位點(37.5%)都不同程度地偏離了平衡(P<0.05或P<0.01)(表3)。

2.3 縊蟶生長性狀相關SSR位點分析與多重比較

對每個 SSR位點的不同基因型進行分類, 結合

表型數據進行關聯分析, 結果在 16個 SSR位點中,發現共有 4個位點與縊蟶生長性狀表現出一定的相關性, 其中YC-1與殼寬顯著相關(P<0.05); YC-93與殼寬、殼高均極顯著相關(P<0.01); YC-96與體重顯著相關(P<0.05); YC-123位點與殼高、體重均顯著相關(P<0.05)。

表1 本研究選用的微衛星位點、核心序列、引物序列和退火溫度Tab.1 Microsatellite loci, repeat motif sequence, prime sequence and annealing temperature used in this study

表2 殼長、殼寬、殼高、體重的表型數據及正態分布檢驗Tab.2 The phenotypic data of shell length, width, height, and weight, and normal distribution test

表3 16個微衛星位點在縊蟶F1家系的統計信息Tab.3 Statistic information for 16 microsatellite loci in an F1 family of S. constricta

將這 4個有顯著相關的位點進行不同基因型間的不同性狀的多重比較(Duncan法), 結果如下(表4):在標記YC-1中, 基因型BB個體的殼長、體重、殼寬值均高于AA和AB個體, 但僅在殼寬性狀上呈顯著差異(P<0.05), 推測 BB基因型是殼寬的優勢基因型, 等位基因A可能起負面影響。

表4 4個微衛星位點不同基因型殼長、寬、高與體重的多重比較Tab.4 Multiple comparisons of major growth traits with different genotypes at 4 microsatellite loci

在標記YC-93中, 基因型BC和BB個體的殼寬值極顯著高于AB和AC個體(P<0.01), 說明等位基因A對殼寬起負面影響; 在殼高性狀上則是基因型 AB和AC個體極顯著或顯著高于BC和BB個體(P<0.01或P<0.05), 說明等位基因A對殼高起正面影響; 4種基因型在體重上AB型個體最大, 但與其它3種基因型個體均未達到顯著差異水平。

在標記YC-96中, 基因型BC個體的平均殼長、殼寬、殼高、體重值均高于AB個體, 在平均體重性狀上差異顯著(P<0.05), 可說明 BC基因型是體重性狀的優勢基因型, 而等位基因A起負面影響。

在標記YC-123中, 基因型BB個體的平均殼高、體重值均顯著高于AB個體(P<0.05), 說明基因型BB對殼高、體重起正面影響, 等位基因A起負面影響。

2.4 最優基因型組合篩選

因為體重一般是水產動物最終收獲的主要經濟性狀, 因此, 本研究以體重為參照指標對這4個位點不同基因型組合進行比較。由于4個位點中某些基因型組合出現頻率太少, 缺少分析價值, 因此在實際統計分析中, 每種基因型組合至少有3次觀察值才被考慮。YC-1、YC-93、YC-96和YC-123四個位點的基因型分別有3、4、2和2種基因型, 可形成48種組合, 因在標記YC-93和YC-96中分別有7個和2個個體未檢測到基因型, 因此樣本數為 110。在檢測的110個個體中實際出現了32種基因型組合, 16種基因型組合的個體沒出現。對32種不同基因型組合的體重表型值進行比較, 獲得的最優基因型組合為BB/BB(BC)/BC/BB, 與4個位點單獨分析對應的最優基因型基本完全一致, 符合加性作用模型(表5)。

表5 縊蟶F1家系的不同基因型組合對應體重排序統計表Tab.5 The statistics to body weight value with different genotype combinations in an F1 family of S. constricta

3 討論

3.1 縊蟶家系遺傳結構分析

Ne、Ho、He和 PIC是反映群體遺傳多樣性的重要參數, 數值越大, 表明群體遺傳結構越復雜, 進而說明基因豐富度越高(李春艷, 2009)。本文中, 縊蟶家系群體的Ne=2.09,Ho=0.58,He=0.63和PIC=0.40, 可以看出該縊蟶家系的遺傳多樣性水平處于中等水平,普遍低于已報道的縊蟶不同地理養殖群體和野生群體的遺傳多樣性水平(牛東紅等, 2011; 劉達博等,2011; 劉博等, 2013), 出現這種現象的原因可能與本文研究的對象是全同胞家系群體有關。

另外, 本研究的 16個位點的期望雜合度多數與觀測雜合度基本一致, 說明實驗中測量縊蟶家系群體的這些位點的基因頻率和基因型頻率穩定性較好,除了位點YC-8的期望雜合度(He=0.50)明顯大于觀測雜合度(Ho=0.27), 表現出 F1代個體的分離方式嚴重偏離孟德爾分離規律(P<0.01)。分析該位點在F1群體中的基因型分布, 發現雜合子 AB個體很少, 僅占全部觀測個體的 26.9%(理論上應 50%); 而純合子 AA個體很多, 占全部觀測個體的 47.1%(理論上只占25%)。這提示該位點附近可能存在著不利于雜合子AB個體而利于純合子 AA個體存活的基因。位點YC-35嚴重偏離孟德爾分離定律(P=0.000), 其原因是由于基因型AB和BD個體(AB︰AC︰BD︰DC=19︰31︰17︰48, 理論上應 1︰1︰1︰1)出現頻率顯著偏低, 暗示該位點可能存在與B連鎖的基因不利于縊蟶存活, 有待于進一步深入研究。

多態信息含量(PIC)是衡量基因變異程度高低的重要指標, 可以反應出基因座位在群體中的多態性高低。研究利用的16個SSR位點, 據Botstein等(1980)的界定標準, 有 5個位點表現為高度多態位點(PIC>0.50), 11個表現為中度多態位點(0.25

3.2 縊蟶生長性狀相關分子標記的篩選

微衛星標記具有保守性好、呈共顯性遺傳的特點,是近年來發展迅速、應用廣泛的分子標記, 也是分析與重要經濟性狀的遺傳連鎖關系最理想的標記之一,目前已經被廣泛應用于水產動物生長、抗病、性別等性狀相關分子標記篩選。例如 Lu等(2013)利用雙向選擇性分型篩選出3個與文蛤(Meretrix meretrix)生長QTL緊密連鎖的 EST-SSR標記, 并用單向選擇性分型對其進行了驗證; Song等(2012)利用半滑舌鰨(Cynoglossus semiliaevis)F1家系構建高密度遺傳連鎖圖譜, 并進行性狀-標記之間的回歸分析, 得到2個與生長性狀相關(P<0.01)的SSR標記; Guo等(2012)基于全同胞家系構建長牡蠣(Crassostrea gigas)的性別平均連鎖圖, 檢測到3個生長相關的QTLs和一個性別相關的QTL; Rodriguez等(2004)利用雄性硬頭鱒和雌性虹鱒(Oncorhynchus mykiss)雜交產生的雄性F1回交雌性虹鱒產生70個家系(BC1), 從每個F1和BC1家系中取近100個體進行IHN病毒感染, 表型性狀采用1(感染后死亡)和0(感染后存活), 篩選到6 個微衛星標記和IHNV抗性有關, 為進一步將與抗性有關的基因進行定位、克隆奠定基礎。在本實驗中, 共找到了4個與生長性狀顯著相關的 EST-SSR標記, 其中YC-93與縊蟶的殼寬、殼高性狀極顯著相關, YC-123與殼高、體重性狀顯著相關, 而位點YC-1和YC-96僅與殼寬或體重一個性狀顯著相關, 可初步確定這些位點為與生長相關的候選標記; 尤其是位點YC-96的BC基因型和YC-123的BB基因型的個體體重性狀均顯著高于同一標記的其它基因型的個體, 推測這兩個基因型為體重優勢基因型, 可用于對縊蟶體重性狀進行輔助選育。

后續的研究工作中, 將對篩選到的這些候選標記進行進一步的分析與驗證, 探討其能否作為縊蟶標記輔助育種的有效分子標記。

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