鳙基因-着丝粒作图及耐低氧相关基因定位研究

Gene-centromere mapping using half-tetrad analysis is a powerful tool for understanding chromosomal behavior and determining the position of centromeres in relation to genes or markers in fish. Hypoxia is a major stress to such important aquaculture fish as silver carp (Hypophthalmichthys molitrix) and bighead carp (Aristichthys nobilis), which may delay the growth or even cause death. Genes with major effects on hypoxia resistance remained unclear in this species. In this project, on the basis of available second generation of genetic map and meiogynogenetic diploids for bighead carp, microsatellite-centromere mapping will be carried out. Using SSR and SNP from a group of hypoxia inducible genes and candidate gene approach to detect QTL, the associations between gene polymorphism and hypoxia tolerance will be studied. Meanwhile, these candidate hypoxia reaction genes will also be subject to gene-centromere mapping. Using SSR and/or SNP as anchor loci, inquire and syntenic analysis among whole genome sequence resources for silver carp, bighead carp, zebrafish and other model fish, a few or more candidate hypoxia resistant gene will be identified. It is expected that centromeres will be assigned to all 24 linkage groups with positional information for candidate hypoxia resistant genes and other genes along the chromosomes. The effect of these candidate genes on hypoxia resistant are verified in a different hypoxia-induced populations of young bighead carp. The results of this study will provide evidence for localization of all centromeres in 24 linkage groups of bighead carp map, and assignment of some candidate hypoxia-resistant genes on the linkage groups and chromosomes. And they will also consolidate the genetic maps relative to the chromosomes, and give clues to the studies of hypoxia-resistant mechanism and potentials for marker-assisted selection breeding for the anti-hypoxia in bighead carp.

基因-着丝粒作图是研究基因间及基因与着丝粒之间空间关系和染色体行为的重要手段。低氧是鱼类的重要环境胁迫因子。鳙是我国重要的养殖鱼类，低氧反应机制和抗逆遗传育种还有待开展。利用第二代遗传图谱和雌核发育二倍体，本项目拟进行鳙微卫星-着丝粒作图；同时，拟从一批低氧反应基因中发掘SNP和SSR标记，进行基因-着丝粒作图。通过同线性分析和基因多态性与耐低氧性状的关联性研究，发掘若干鳙候选耐低氧QTL基因并研究其在染色体定位；进行鳙与其它鱼类的染色体同线性分析，并在不同的低氧胁迫群体中验证这些候选主效基因的基因型与鳙耐低氧能力的关系。预期本项目可将鳙全部着丝粒定位到24个连锁群中，获得若干低氧耐受候选主效基因在连锁群中的定位信息及其与着丝粒和其它基因的空间关系信息,验证基因型与低氧耐受性状的关系。这些结果，将对鳙遗传图谱与染色体对接以及解析鳙低氧耐受候选主效基并评估其分子育种研究潜力有重要意义。

本项目从鳙第二代遗传图谱选取218个微卫星（SSR）标记，利用6个雌核发育家系和半四分体分析计算SSR与着丝粒的重组值（y=0-0.97）；103个符合孟德尔规律的SSR与着丝粒的G-C遗传距离为0-48.5cM。在完全干涉假设和95%置信度下，24个着丝粒被定位到相应的连锁群上。着丝粒与最近连锁SSR的平均距离6.1 cM （15个连锁群最小距离<5 cM，6个连锁群各有1个SSR G-C距离为0）。 依据着丝粒定位结果，我们判读鳙核型为24m/sm, 24t/st （染色体臂数92），与基于细胞遗传方法报道的一个鳙核型公式较为接近。.克隆了鳙13个低氧胁迫相关基因（HO1, IGFBP1, EPO，HIF1a, HIF2a, HIF3a, iNOS, p53, Tf, TR2, VEGF, FIH1，tet1）cDNA全长或部分序列，并在UTR区、外显子和部分内含子共发现81个SNP、31个SSR和1个indel。在tet1发现1个外显子SNP与鳙耐低氧显著相关。 通过FIH1和tet1基因在低氧胁迫前后的基因表达特征研究，证实它们在鳙应对低氧胁迫中发挥作用。利用鳙组装基因组信息（何舜平，未发表），首先获得6个鳙低氧基因的连锁群定位信息：FIH1（LG10），hif1α（LG2），hif3α（LG12），tr2（LG18），VEGF（LG14），tet1（LG10）。根据本实验室获得的鳙-斑马鱼染色体同线性关系，进一步将scaffolds上的7个基因定位到鳙连锁群：GFBP1 （LG2）, EPO（LG3），hif2a（LG10）, iNOS（LG12），p53（LG1），Tf（LG21）。定位结果显示，LG2，12和10有2个以上低氧基因，其余9个连锁群都各有1个基因。鳙HO1基因目前定位于scaffold78。 .将鳙低氧基因与斑马鱼基因组比对，发现斑马鱼基因组目前缺少HO1；12个鳙低氧基因可被定位到8条斑马鱼染色体。根据鳙-斑马鱼染色体同线性关系，我们获得鳙低氧基因与斑马鱼比较基因图谱。除hif1α和IGFBP1发生基因倒位外，其余基因鳙和斑马鱼染色体的顺序一致。.本项目获得了鳙着丝粒和低氧反应基因较为精细定位结果，为鳙基因组结构和进化研究提供了参考，对研究和评估鳙低氧相关基因的遗传变异及在耐低氧选育中的潜力也有较高的应用价值。