栉孔扇贝心电参数ABT的分子遗传机理和网络调控研究

Temperature adaptive mechanism of bivalves has been paid extensive attention by scholars, which could also be important to provide theoretical reference in order to solve the problem of large-scale death phenomenon of farming shellfish in summer. Because of hysteresis and instability of present bivalves’ heat-tolerance evaluation indexes, we presented a rapid, accurate and non-invasive heat-tolerance detection indicator-ABT (Arrhenius break temperatures), which based on the scallops’ ECG parameters. In order to investigate the molecular genetic basis and network regulation mechanism of ABT, present study would be conducted with genome and transcriptome information of scallop, Chlamys farreri. GWAS (Genome Wide Association Study) analysis is utilized for screening and identification of candidate gene loci associated with ABT. Moreover, WGCNA (Weighted Gene Coexpression Network Analysis) is applied for investigating ABT key module patterns regulation mechanism. The research is aim to investigate molecular genetic basis and network regualtion mechanism of ABT preliminary, as well as provide theoretical reference and technical support for bivalves breeding work.

双壳贝类的温度适应性机制一直以来都受到学者的广泛关注，也是探究养殖贝类夏季大规模死亡问题的重要理论参考。目前，双壳贝类耐温性状的评价指标存在滞后性和不稳定性，本研究在基于扇贝心电参数的快速、准确、无损伤耐温性状测定指标ABT(Arrhenius break temperatures)的基础上，更加深入探究ABT的分子遗传机理及网络调控机制。利用栉孔扇贝基因组和转录组信息，通过全基因组关联分析(Genome Wide Association Study, GWAS)筛查和鉴定栉孔扇贝基因组中与心电参数ABT相关的候选基因位点，利用权重基因共表达网络分析(Weighted Gene Coexpression Network Analysis, WGCNA)系统解析关键模块的调控模式，初步探究栉孔扇贝心电参数ABT的分子遗传机理和网络调控机制，最终为双壳贝类良种的选育提供理论参考和技术支持。

双壳贝类的温度适应性机制研究为解决养殖贝类夏季大规模死亡提供重要的理论参考。本研究开展了扇贝心电参数的快速、准确、无损伤耐温性状测定指标ABT（Arrhenius break temperature）的分子遗传机理及网络调控机制研究。对435枚海湾扇贝进行Miso-RAD简化基因组文库测序，获得38,079个高质量分型SNP位点，用于ABT的全基因组关联分析（GWAS）。GWAS结果P值最小的SNP定位于基因transcriptional coactivator p15，编码真核生物DNA损伤修复、基因组功能稳定性维持的重要转录共激活因子PC4。基因功能注释（GO）和信号通路分析（KEGG）显示638个相关基因参与生物过程的细胞活动和细胞组成中的膜相关功能，549个相关基因分布在代谢、遗传/环境信息处理等通路中，参与相关信号的传导和膜的转运。海湾扇贝不同组织中PC4表达量与ABT呈现显著正相关（r=0.559-0.732，P<0.05）。构建扇贝心脏基因共表达网络（WGCNA），鉴定到ABT相关模块M1，包含4260个基因；GAWS鉴定到的PC4位于前35个hub基因中，验证了PC4是海湾扇贝热耐受过程的重要正调控因子。开发了扇贝心电参数全新指标HA（Heart Amplitude）和RAP（RAP=HR*HA，Rate-Amplitude Product），并探讨扇贝生物体自身因素（壳高、体重、贝龄等）、温度因素和昼夜变化因素（日周期）对上述扇贝心电参数的影响。进一步，我们监测栉孔扇贝ABT的季节性变化并建立了一种栉孔扇贝耐温性状指标ABT的快速测定新方法：ABT=-0.427*HR11°C+33.159（R2=0.5028），实现扇贝耐温性状的高通量测定。综上，课题结果为理解扇贝耐温性状评价指标ABT的分子遗传基础和网络调控机制，探讨双壳贝类良种的选育提供理论参考和技术支持。