海湾扇贝亚种间杂交闭壳肌重杂种优势的分子机理研究

The bay scallop Argopecten irradians is one of the most important mariculture mollusks in China. Due to the founder effect and the biological characteristic of high self-fertilization probability, the inbreeding depression phenomenon occurs frequently after years of culture. Adductor weight is the most vital growth trait of the bay scallop, and indirect selection has been the main approach adopt for the genetic improvement of the trait so far. However, the low breeding efficiency has become more remarkable during generations of selection. Hybridization of two geographic subspecies was proved to be an effective approach to improve the trait，but the molecular mechanism is unclear. The program will construct three hybrid and four inbred stocks, with three varieties (strain) of the northern subspecies bay scallop Argopecten irradians irradians and a cultured stock of the northern subspecies bay scallop Argopecten irradians concentricus as the parents. Two selected hybrid stocks will be adopted for the genome-wide association analysis of screening and confirming SNPs related to adductor weight heterosis; The adductor weight heterosis and its correlation with the genetic distance of the parents（based on the SNPs related to the adductor weight heterosis）will be estimated；The gene annotion and expression patterns will be investigated on basis of the QTLs and genome survey studies of the species. The program will elucidate preliminarily the molecular mechanism of the adductor weight heterosis, and be valuable in the molecular breeding of the bay scallop in future.

海湾扇贝是我国重要的海水养殖贝类，因奠基者效应和易自交的生物特性，累代养殖后极易发生近交衰退现象，亟需丰富其遗传多样性；闭壳肌重是海湾扇贝最重要的生长性状，间接选育改良多代后，其选择效率低的弊端越发突出。项目组前期研究发现：海湾扇贝亚种间杂交可显著改良闭壳肌重性状，但其分子机制尚不清楚。本项目拟以海湾扇贝北部亚种的3个优良新品种（品系）和南部亚种的1个养殖群体为亲本，同步构建杂交和自交群体。系统评价各杂交群体闭壳肌重杂种优势，然后选取2个杂交群体进行全基因组关联分析，筛查并验证与该性状杂种优势相关的SNPs标记；结合已开展的生长性状QTL定位工作，研究基于闭壳肌重相关分子标记的亲本间遗传距离与其杂种优势相关性；结合已完成的基因组survey工作，分析与闭壳肌重杂种优势相关基因片段的表达模式。本项目的实施，将有助于初步阐明海湾扇贝闭壳肌重杂种优势的分子机理，并为其遗传改良提供重要分子标记。

杂种优势在作物和动物产量提升方面的产业应用已有几个世纪，但这种现象的生物学机制一直是个未解之谜。海湾扇贝自然分布在美洲东海岸，1982年首次引入我国，目前已是我国重要的海水养殖贝类。因奠基者效应和易自交的生物特性，其累代养殖后极易发生近交衰退现象，亟需丰富其遗传多样性；因其雌雄同体且可体外受精的繁殖特性，海湾扇贝是研究贝类杂种优势的一个理想物种。本项目以海湾扇贝北部亚种的3个优良新品种（品系）和南部亚种的1个养殖群体为亲本，通过构建海湾扇贝两亚种的杂交和自交材料，系统评价了海湾扇贝两亚种群体杂交的杂种优势相关参数，完成了海湾扇贝亚种杂交群体的表型评估。发现闭壳肌重的变异系数相对体尺性状大2-3倍，闭壳肌重与总湿重相关性最强，推测壳宽与壳高和壳长的相对比例提高是海湾扇贝亚种杂交闭壳肌重杂种优势的主要表型原因，发现北部亚种“中科红”与南部亚种杂交能够产生相对稳定且显著的杂种优势。以北部亚种“中科红”与南部亚种的自交和正反交家系为材料，在正交和反交组合中分别发现5074 和 5271个差异表达基因被分为12种表达模式中，且均以非加性表达为主。其中显性表达模式杂交子代的表达量更趋向于亲本中表达量低的一方；共发现389个共有差异表达基因，且均为超显性表达模式，KEGG富集发现主要集中在粘多糖合成、精氨酸、鸟氨酸和脯氨酸的新陈代谢通路；对正交组和反交组分别在非加性表达基因集、显性表达基因集和超显性表达基因集中做GO富集，发现结合和催化活性功能均显著富集，研究了闭壳肌重杂种优势相关重要基因通路。本项目有助于解析海湾扇贝闭壳肌重杂种优势的分子机理，并可为海湾扇贝遗传改良提供理论依据。