扇贝和对虾重要经济性状的遗传解析及分子育种研究

Scallop and shrimp are important maricultural shellfish in the north of China. With the development of aquaculture, the problems of disease, miniaturization and decline in benefits of industry become more and more severe. The proposed project will utilize high throughput techniques to screening genetic loci related with growth and stress resistance in genome of scallops and shrimps. Using multiple-omics techniques to systematically reveal genomic bases of commercially important traits, elucidate functional roles and regulatory mechanisms of key genes and gene networks in different environment, and improve genomic breeding algorithms and models and breeding platform for speeding up the genetic breeding process of scallops and shrimps.

扇贝和对虾是我国海水养殖业的主要种类，随着产业的发展，病害频发、个体小型化、产业效益下滑等问题，严重阻碍了产业的健康发展。本项目将利用课题组自主研发的高通量分析技术，全面筛查扇贝、对虾基因组中与抗逆和生长性状相关的关键调控位点；利用多种组学手段，鉴别与生长、抗逆相关的基因网络模块和关键调控基因；阐明关键基因和基因网络的作用、效应和调控机理；系统解析不同环境条件下扇贝和对虾重要经济性状的基因表达规律与调控模式；完善贝类分子选育算法模型和育种平台，为针对不同海区环境培育高产抗逆扇贝和对虾新品种提供理论依据和技术支持。

扇贝和对虾均为我国重要的海水养殖动物，随着养殖业的发展，个体小型化、病害频发导致产业效益下滑等问题，严重阻碍了产业的健康发展。解析扇贝和对虾生长、抗逆等重要经济性状的遗传机制、开展分子育种研究对高产扇贝和对虾良种的培育有指导意义。本项目通过规模筛查扇贝和对虾生长、抗逆性状相关基因、构建性状相关基因共表达网络，进而鉴别生长和抗逆关键基因，并对基因功能及其对性状的调控机制进行分析，同时完善贝类全基因组选择算法模型和育种平台。取得的研究成果包括：1）鉴别到虾夷扇贝全发育时期和成体各组织器官的特异性高表达转录因子，为系统理解扇贝全基因组表达调控机制奠定基础；2）发现调控虾夷扇贝各组织器官协调生长的关键基因网络模块以及起核心调控作用的转录因子，揭示了扇贝无限生长模式可能的调控机制；3）通过QTL精细定位和转录组分析，发现mRNA翻译和蛋白合成效率的提升是杂交扇贝具有生长优势的机制之一；4）揭示了贝类藻食性驱动下糖苷水解酶GH家族的适应性进化特征，为深入理解软体动物能量获取和代谢过程提供了重要线索；5）开发了与扇贝衰老相关的活性评价指标，鉴别到抗逆相关基因和位点，有助于理解贝类适应环境变化与衰老调控过程与机制，为抗逆贝类的培育提供理论基础和性状评价手段；6）利用抗性和生长优势群体，通过基因组重测序、表达谱等组学分析手段，鉴别到凡纳滨对虾、中国对虾生长和抗性相关基因和通路，以及相关基因网络模块和hub基因，揭示了性状关键基因的表达调控规律和功能；7）开发了新型全基因组标记分型技术，完善了全基因组选择模型和贝类、对虾全基因组选择育种系统，提高了育种选择的准确性并实现产业实际应用；8）应用全基因组选择育种技术，育成高产/抗逆“蓬莱红3号”栉孔扇贝和“海益丰11”海湾扇贝，已通过国家良种初审。研究为深入理解扇贝和对虾生长及抗性调控的分子机理以及海洋无脊椎动物的分子育种提供了理论和技术支撑，推动产业可持续发展。