通过同源基因表达解析异源三倍体鱼中杂交生长优势的产生

Growth heterosis is refers to the phenomenon which the growth rate of hybrid offsprings is higher than that of inbred parents. The research on growth heterosis in allotriploid has been considered as the important direction in the field of molecular breeding. Our aim is to detect total expression and homoeolog expression level in triploid fish, and total expression in two inbred diploid parents by using some methods. As to design the module of expression level dominance and homoeolog expression bias, we analyze the co-regulated of genes origin from different parents in allotriploid fish. Meanwhile, we will detect the regulated information related to the different tissues of two triploid fishes. The results will be available for research on relationship of genotype and phenotype in growth heterosis. These works will also elucidate the relationship of expression level of growth-regulated genes and growth characteristics, and further provide a new way how to cultivate heterosis population and service in the field of molecular breeding.

杂交生长优势是指动植物杂交后代生长速度优于杂交双亲的现象，针对异源三倍体生长优势的研究是分子育种领域的重要方向。本项目旨在以多种mRNA表达检测技术，来获取异源三倍体鱼中其总表达量和部分同源基因表达量，通过对比二倍体原始亲本表达，从而构建显性表达和部分同源基因偏向表达模型，来分析杂交子代中不同亲本来源基因的协作调控。同时，本项目拟将动态的研究不同育种方式获得的异源三倍体鱼的表达调控过程，考察基因型差异与生长表型差异的关联。该研究将阐明异源三倍体鱼中生长调控基因的表达调控方式与生长优势性状形成原因的关联，为研究杂交生长优势的潜在调控机制提供了一条崭新的途径。同时，也为如何培育杂交生长优势群体，并服务于分子育种领域奠定结实的基础。

本项目围绕“通过同源基因表达解析异源三倍体鱼中杂交生长优势的产生”开展了一系列的研究并取得了以下研究进展：1. 借用已完成的高质量红鲫和鲤鱼基因组，以其拟合基因组（物理合并）作为异源三倍体鲫鲤参考基因组为研究的顺利开展提供了基础，依据其基因组注释信息完成了这两个物种间直系同源基因对；2. 利用多种基因表达量检测手段，完成了对多个生长发育阶段的异源三倍体鲫鲤中基因表达量的检测，利用构建的表达分类模型在总体水平和部分同源基因水平对多样化基因表达类型进行了分类，进而挖掘出了在异源三倍体鱼中多种遗传调控机制的发生，之后，利用该数据尝试性的对异源三倍体鱼中发生的杂交生长优势现象进行了解析，发现了部分生长调控基因的一系列表达变化是导致其出现杂交生长优势的潜在原因；3. 在基因组水平上对异源三倍体鲫鲤进行了研究，获得了湘云鲫2号和湘云鲤之间共有的140个同源重组信息，随后借助高通量测序Illumina和PacBio技术开展转录组测序和分析，通过比较重组转录序列占该基因总体转录序列比例，发现大部分的重组基因（99-139个），其表达比例处于0.1%–10%比例范围内，其中6个重组基因在功能上属于与免疫调控有密切关联的“对刺激应答”（response to stimulus）类别。该研究不但为探索异源三倍体鲫鲤的父本异源四倍体鲫鲤中部分同源基因重组研究提供新的思路，同时也为我们了解以上杂交多倍体鱼中天然免疫与基因重组之间的关联提供了参考。项目的实施为为杂交鱼类遗传育种提供了重要的理论研究基础。相关科研成果共发表SCI论文7篇，项目负责人作为第一作者在Genome Research杂志上发表了封面文章。