渔业科学进展  2017, Vol. 38 Issue (3): 62-69  DOI: 10.11758/yykxjz.20160304001
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引用本文 

李洪, 田永胜, 李祥孔, 陈张帆, 宋莉妮, 段会敏. 半滑舌鳎(Cynoglossus semilaevis)真、伪雄鱼群体表型和遗传性状分析[J]. 渔业科学进展, 2017, 38(3): 62-69. DOI: 10.11758/yykxjz.20160304001.
LI Hong, TIAN Yongsheng, LI Xiangkong, CHEN Zhangfan, SONG Lini, DUAN Huimin. The Phenotypic and Genetic Traits Analysis of ZZ Males and ZW Males (Sex-Inverted Males) of Cynoglossus semilaevis[J]. Progress in Fishery Sciences, 2017, 38(3): 62-69. DOI: 10.11758/yykxjz.20160304001.

基金项目

国家自然科学基金项目(31372510) 资助

作者简介

李洪,E-mail: 354294982@qq.com

通讯作者

田永胜,研究员,E-mail: tianys@ysfri.ac.cn

文章历史

收稿日期:2016-03-04
收修改稿日期:2016-04-11
半滑舌鳎(Cynoglossus semilaevis)真、伪雄鱼群体表型和遗传性状分析
李洪1,2, 田永胜1,4, 李祥孔1,3, 陈张帆1, 宋莉妮1,2, 段会敏1,2    
1. 农业部海洋渔业可持续发展重点实验室 中国水产科学研究院黄海水产研究所 青岛 266071;
2. 上海海洋大学水产与生命学院 上海 201306;
3. 大连海洋大学水产与生命学院 大连 116023;
4. 青岛海洋科学与技术国家实验室 海洋渔业科学与食物产出过程功能实验室 青岛 266071
摘要:半滑舌鳎(Cynoglossus semilaevis)养殖群体中存在真雄鱼(ZZ)和伪雄鱼(ZW)现象,进行表型和遗传特征研究对其育种及优良苗种培育具有重要的意义。本研究以半滑舌鳎真、伪雄鱼群体及母系半同胞家系为研究对象,首先测定了性成熟半滑舌鳎的真、伪雄鱼群体的表型性状,对其性状进行了比较分析。结果显示,性成熟半滑舌鳎真、伪雄鱼的体重、全长、体长、体宽、头长、眼间距和眼径7个表型性状都存在极显著差异(P < 0.01),伪雄鱼的生长速度比真雄鱼快。利用半滑舌鳎22对多态性微卫星标记,对2组半滑舌鳎真、伪雄鱼半同胞家系群体进行了遗传多样性分析。筛选出的22对引物扩增产物均具有多态性,4个半同胞家系群体中共检测到232个等位基因,群体平均等位基因数(Na)均大于平均有效等位基因数(Ne);平均观测杂合度(Ho)均小于平均期望杂合度(He);平均多态信息含量(PIC)分别为0.4566、0.4254、0.5069、0.4795。22个多态性位点在4个半同胞家系群体中分别有3、3、4和5个位点显著偏离Hardy-Weinberg平衡。4个半同胞家系群体间的Nei's遗传距离为0.2101-0.5840,遗传相似性系数为0.5577-0.8105。本研究表明,半滑舌鳎真、伪雄鱼在生长性状上存在明显差异,同母系的真、伪雄鱼半同胞家系群体间的遗传相似系数较高,遗传距离较小,遗传多样性指标相近。
关键词半滑舌鳎    真雄鱼    伪雄鱼    表型性状    微卫星标记    遗传多样性    
The Phenotypic and Genetic Traits Analysis of ZZ Males and ZW Males (Sex-Inverted Males) of Cynoglossus semilaevis
LI Hong1,2, TIAN Yongsheng1,4, LI Xiangkong1,3, CHEN Zhangfan1, SONG Lini1,2, DUAN Huimin1,2    
1. Key Laboratory of Sustainable Development of Marine Fisheries, Ministry of Agriculture, Yellow Sea Fisheries Research Institute, Chinese Academy of Fishery Sciences, Qingdao 266071;
2. College of Fisheries and Life Science, Shanghai Ocean University, Shanghai 201306;
3. College of Fisheries and Life Science, Dalian Ocean University, Dalian 116023;
4. Laboratory for Marine Fisheries Science and Food Production Processes, Qingdao National Laboratory for Marine Science and Technology, Qingdao 266071
Corresponding author: TIAN Yongsheng, E-mail: tianys@ysfri.ac.cn
Fund: This work was supported by the National Natural Science Foundation of China (31372510)
Abstract: There are two kinds of male in the breeding populations of the half-smooth tongue sole Cynoglossus semilaevis, namely natural males (ZZ) and neomales (ZW). It is of great importance to study their phenotypic and genetic characteristics since the knowledge can improve its breeding techniques and seed cultivation. In this study, 15 phenotypic traits were measured between mature ZZ males and ZW males (sex-inverted males) of C. semilaevis. Analysis showed that highly significant differences between ZZ males and ZW males existed in seven traits, including body weight, full length, body length, body width, head length, eye spacing and eye diameter, with the growth rate of ZW males being higher than that of ZZ males. Furthermore, comparative analysis of the population genetic structures was processed among maternal half-sib families between ZZ and ZW males by using 50 pairs of specific microsatellite markers. Results showed that 22 out of 50 pairs of PCR amplified markers were polymorphic. Among four half-sib families, 232 alleles were identified with relatively higher mean allelic number (Na) and mean expected heterozygosity (He) compared to mean effective allelic number (Ne) and observed heterozygosity (Ho) respectively. In addition, the average polymorphism information content (PIC) was 0.4566, 0.4254, 0.5069, 0.4795 among four half-sib families and there were 3, 3, 4 and 5 loci significantly deviated from Hardy-Weinberg expected genotypic frequencies. The Neixs genetic distance among the four families was 0.2101-0.5840, and the genetic similarity was 0.5577-0.8105. The current study indicated that there were significant differences among growth traits between ZZ and ZW males of C. semilaevis. Between the maternal half-sib families, there was relatively high genetic similarity, low genetic distance and similar genetic diversity index.
Key words: Cynoglossus semilaevis    ZZ male    ZW male    Phenotypic traits    Microsatellite marker    Genetic diversity    

半滑舌鳎(Cynoglossus semilaevis)的性别决定机制为ZW/ZZ型(周丽青等, 2005),即雌性染色体核型为ZW,雄性核型为ZZ。半滑舌鳎还存在天然性逆转现象,ZW雌性转化为生理雄性,即为伪雄鱼,性逆转的伪雄鱼(ZW)与正常雌鱼(ZW)交配会得到75%的雌性个体和25%的雄性个体(Chen et al, 2008)。同时,伪雄鱼后代中的雌性个体更易转化为伪雄鱼(陈松林等, 2013)。半滑舌鳎雌鱼生长速度是雄鱼的4-6倍,而养殖群体中雄性率可达70%,雄鱼生长速度过慢会导致半滑舌鳎养殖效益降低(Chen et al, 2009)。因此,开展养殖群体中半滑舌鳎真、伪雄鱼遗传性别鉴别及其后代性状的遗传评估具有重要的意义。

微卫星(Simple sequence repeat, SSR)是近年来发展迅速、应用广泛的分子标记之一,已被广泛应用于群体遗传结构分析、亲子鉴定、遗传图谱构建、QTL定位等方面(Ferguson, 1994; Kocher et al, 1998; Daemen et al, 2001)。在半滑舌鳎群体遗传研究方面,常建波等(2011) 利用微卫星标记对半滑舌鳎4个群体的遗传结构进行了分析,徐营等(2011) 利用24对微卫星标记对半滑舌鳎的养殖群体和减数分裂雌核发育群体的遗传多样性进行了分析。此外,王美玉等(2012) 通过检测半滑舌鳎半同胞家系的极端大群体和极端小群体,筛选出12个与全长、体高、体重相关的微卫星位点。但目前有关半滑舌鳎真、伪雄鱼的表型性状差异及其半同胞家系群体的遗传多样性未见报道。为此,本研究对半滑舌鳎性成熟真、伪雄鱼的表型性状进行了差异比较,同时以半滑舌鳎性成熟的雌鱼和真、伪雄鱼为材料建立真、伪雄鱼母系半同胞家系,采用微卫星标记对真、伪雄鱼半同胞家系群体的遗传结构进行了分析,为半滑舌鳎真、伪雄鱼种质资源分析以及半滑舌鳎选择育种提供一定的参考资料。

1 材料与方法 1.1 半滑舌鳎真、伪雄鱼群体的表型性状测定

实验所用性成熟半滑舌鳎亲鱼由山东海阳水产有限公司提供。实验测定了相同养殖条件下、同一池塘且相同孵化时间的2龄半滑舌鳎真雄鱼(20尾)与伪雄鱼(12尾)的体重、全长、体长、体宽、头长、眼间距、眼径、背鳍条数、腹鳍条数和臀鳍条数10个表型性状,其真、伪雄鱼的遗传性别采用半滑舌鳎微卫星标记CseF382进行鉴定(Chen et al, 2007)。

1.2 半滑舌鳎真、伪雄鱼半同胞家系的建立和培育

利用1.1中筛选出的真、伪雄鱼进行家系的建立,从半滑舌鳎亲鱼中选取2尾3+龄性成熟雌性个体(ZW♀)为母本,分别以2尾正常雄鱼(ZZ♂)和2尾伪雄鱼(ZW♂)为父本,分别建立2组母系半同胞家系。第1组半同胞家系是108号和109号家系,108为正常雌鱼(ZW♀)×伪雄鱼(ZW♂)家系,109为正常雌鱼(ZW♀)×正常雄鱼(ZZ♂)家系;第2组半同胞家系是113号和114号家系,113为正常雌鱼(ZW♀)×伪雄鱼(ZW♂)家系,114为正常雌鱼(ZW♀)×正常雄鱼(ZZ♂)家系。2组母系半同胞家系子代在相同养殖条件下不同池塘中养殖培育。

1.3 样本采集和DNA提取

当家系鱼苗生长到60 d时,分别从4个半同胞家系采集30个个体肌肉样本,分别置于1.5 ml离心管中,加入无水乙醇,-20℃长期保存,用于提取DNA。

采用标准酚-氯仿-异戊醇-酒精法提取基因组DNA(Sambrook et al, 1989)。1%的琼脂糖凝胶电泳和核酸蛋白酶标仪检测提取DNA的质量和浓度,并将DNA浓度调整至50 ng/µl,-20℃保存备用。

1.4 微卫星引物和PCR反应

参照半滑舌鳎遗传连锁图谱(Liao et al, 2009; Sha et al, 2011),在每个连锁群上各选取2-3个标记,21个连锁群上共选取微卫星标记50个,由北京六合华大基因科技股份有限公司合成相应引物。实验所用试剂10×Taq buffer、dNTPs、Taq酶、DL2000 DNA Marker以及PBR 322/Msp I DNA Marker购自宝生物工程(大连)有限公司。

利用合成的50对引物对4个半同胞家系群体各22个个体的基因组DNA进行PCR扩增,通过扩增出的目的条带多态性检测出其中22对引物具有多态性(表 1)。PCR反应总体系(16 µl):10×Taq buffer 1.6 µl,dNTPs (2 mmol/L) 0.8 µl,模板DNA 1.1 µl,上下游引物(10 µmol/L)各0.6 µl,Taq酶(1 U) 0.15 µl,加灭菌水至16 µl。PCR扩增反应程序:95℃预变性5 min;95℃ 30 s,55-61℃ 30 s,72℃ 30 s,共40个循环;72℃延伸7 min,4℃保存。

表 1 2对多态性微卫星引物信息 Table 1 Information of twenty-two primer pairs of microsatellite markers
1.5 聚丙烯酰胺凝胶电泳检测和基因分型

将PCR扩增产物进行6%非变性聚丙烯酰胺凝胶电泳检测,电泳结束后参考Caetano-Anolles等(1997) 报道的银染法对电泳凝胶进行染色,用相机照相保存,并记录基因型。

1.6 数据分析

用SPSS 19.0软件对半滑舌鳎真、伪雄鱼的表型性状采用独立样本t检验方法进行差异显著性分析。根据PCR扩增条带获得的基因型,利用POPGEN32 (Nei, 1978)和PIC-cal0.6(张涛等, 2009) 软件进行统计分析。计算各家系群体内的平均等位基因数(Number of allele, Na)、平均有效等位基因数(Effective number of allele, Ne)、平均观测杂合度(Observed heterozygosity, Ho)、平均期望杂合度(Expected heterozygosity, He)、多态信息含量(Polymorphism information content, PIC),以及群体间的遗传分化指数(F-statistics, Fst)、Nei氏遗传距离和遗传相似性,对各微卫星位点在每个家系群体中的哈迪-温伯格平衡(Hardy-Weinberg equilibrium,HWE)进行检验。Bonferroni校正法(Rice, 1989) 对HWE检验P值进行校正。用连锁不平衡检验软件进行微卫星位点间连锁不平衡分析。

2 结果 2.1 半滑舌鳎真、伪雄鱼表型性状分析

半滑舌鳎真、伪雄鱼表型性状的差异分析结果见表 2,半滑舌鳎真、伪雄鱼的体重、全长、体长、体宽、头长、眼间距和眼径7个表型性状存在极显著差异(P < 0.01),显著性的差异性状占15个表型性状的46.67%;背鳍条数、腹鳍条数和臀鳍条数3个表型性状以及全长/体长、体长/头长、体长/体宽、体长/眼间距和眼间距/眼径5个比例性状差异不显著(P > 0.05)。对7个表型性状的差异比较显示,半滑舌鳎伪雄鱼的生长速度快于真雄鱼,但真、伪雄鱼间的比例性状无显著差异(表 2)。

表 2 半滑舌鳎真、伪雄鱼表型性状的比较 Table 2 Comparison of phenotypic traits between ZZ males and ZW males of C. semilaevis
2.2 微卫星扩增图谱

在22对多态性引物扩增结果中,引物scaffold-079499在4个半同胞家系群体中的扩增结果见图 1。从图 1可以看出,相同引物伪雄鱼个体扩增出的目的条带多态性高于真雄鱼。

图 1 引物scaffold079499在4个半同胞家系群体中的扩增结果 Figure 1 The bands amplified by primer scaffold079499 in four half-sib family populations M:PBR 322/Msp I DNA分子量标准;108、113:伪雄鱼家系群体;109、114:真雄鱼家系群体 M: PBR 322/Msp I DNA Marker; 108, 113: ZW male family groups; 109, 114: ZZ male family populations
2.3 4个家系群体的遗传多样性与分化

根据PCR扩增条带获得的基因型,对4个家系群体的遗传多样性进行分析。结果如表 3所示,4个半同胞家系群体的平均有效等位基因数(Ne)为2.2524- 2.4714,平均观测杂合度(Ho)为0.2690-0.3160,平均期望杂合度(He)为0.5040-0.5467,平均多态信息含量(PIC)为0.4254-0.5069;Shannon’s信息指数I为0.8040- 0.8789,从表 3可看出,108与109、113与114号家系间的各遗传多样性指标彼此相近。

表 3 4个半滑舌鳎家系群体基于22个微卫星位点的遗传多样性指标 Table 3 Genetic diversity indices for four family populations of C. semilaevis as revealed by twenty-two microsatellite loci

对22个微卫星位点在不同家系群体中的HWE进行了检验。分析发现,在108和109、113和114家系群体中分别有3和3、4和5个微卫星位点显著偏离HWE;整体上,在4个半同胞家系群体中,除scaffold2104_ 64144、scaffold365_18009、scaffold3321_70434、scaffold767_34395、scaffold4451_1100、scaffold2495_ 67575、scaffold2841_69827、scaffold1797_59428符合HWE外,其他14个位点均偏离HWE(表 4),连锁不平衡检测表明,22个多态性位点之间不存在连锁不平衡现象。

表 4 4个半滑舌鳎家系群体中22个微卫星位点的哈迪-温伯格平衡检验 Table 4 The probability of Hardy-Weinberg equilibrium of 22 microsatellite loci between four family populations of C. semilaevis

对4个半同胞家系群体两两之间在22个多态性位点的群体分化指数进行了计算(表 5),22个微卫星位点计算的2组同母系半同胞家系间的遗传分化指数(Fst)平均值分别为01211和0.0782;不同母系家系间的Fst平均值在0.1448-0.1737之间,这表明同母系的半同胞家系间的遗传分化程度低于不同母系家系间的遗传分化程度。

表 5 4个半滑舌鳎家系群体两两之间22个微卫星位点的遗传分化指数(Fst) Table 5 Pair-wise comparison of the genetic differentiation index (Fst) of 22 microsatellite loci between four family populations of C. semilaevis
2.4 4个家系群体间的遗传距离和遗传相似性系数

半同胞家系108与109、113与114间的遗传距离分别为0.3215、0.2101,低于108与113、114以及109与113、114家系群体间的遗传距离(0.4261-0.5840),而半同胞家系108与109、113与114间的遗传相似性系数分别为0.7250、0.8105,高于108与113、114以及109与113、114家系群体间的遗传相似性系数(0.5577-0.6530)(表 6),表明同母的半滑舌鳎真伪雄鱼半同胞家系间存在较低的遗传距离和较高的遗传相似度。

表 6 4个家系群体间的Nei's遗传距离(对角线下)和遗传相似性系数(对角线上) Table 6 Nei's genetic distances (below diagonal) and genetic identities (above diagonal) among four family populations of C. semilaevis
3 讨论

半滑舌鳎养殖群体中,发现有一定数量的伪雄鱼(即遗传性别为雌性,生理性别为雄性)(季相山等, 2010),这表明半滑舌鳎养殖群体中有两种雄鱼:一种为真雄鱼,另一种为伪雄鱼,伪雄鱼的存在大大降低了半滑舌鳎养殖群体中的雌性比例,进而对半滑舌鳎养殖生产产生不良影响。早前有报道指出,温度能够影响半滑舌鳎性别控制和性别分化机制(邓思平等, 2007);之后,半滑舌鳎人工诱导雌核发育技术获得了成功(Chen et al, 2009),并筛选出了其遗传性别鉴定微卫星标记CseF783(马洪雨等, 2009),这说明半滑舌鳎在其性别控制、性别标记的筛选与应用等方面的研究已有一定进展,但目前还无法从遗传上控制养殖群体中雄鱼数量太多造成的生产效益低下的现象,因此,开展半滑舌鳎真、伪雄鱼生物学及遗传性状的研究具有重要意义。

表型性状是判断一个物种或品种区别于其他品种最直观的特征,对于鱼类育种群体的筛选和应用可提供直观信息。本研究对生长期相同的2龄半滑舌鳎真、伪雄鱼群体15个生物学性状进行测量和比较分析,发现真、伪雄鱼的比例性状之间无显著性差异,这说明半滑舌鳎真、伪雄鱼的体型相似;而伪雄鱼体重、全长、体长、体宽、头长、眼间距和眼径7个性状的平均值显著大于真雄鱼,这为半滑舌鳎真、伪雄鱼的直观判别与筛选提供了可靠的表型性状。

遗传多样性是鱼类生物多样性的重要组成部分,它是衡量生物所携带遗传信息的变异程度,而DNA是遗传信息的载体,所以DNA的变化可直接反映物种遗传变异程度。微卫星标记是研究群体遗传多样性的有效标记(林能峰等, 2008),一般用有效等位基因数、杂合度及多态信息含量等指标来衡量遗传标记的多态性程度及其应用价值(吴旭东等, 2011),其中,杂合度是度量群体遗传变异的一个最适参数(Valizadeh et al, 1996),它可以反映群体遗传多样性高低,平均期望杂合度值越高,群体遗传一致性越低,其遗传多样性越丰富(谭杰等, 2007)。本研究发现,半滑舌鳎真、伪雄鱼同母系的半同胞家系群体间的遗传多样性参数相近,而不同母系的家系群体间的遗传多样性参数略有差异。4个半同胞家系群体的平均期望杂合度低于徐营等(2011) 报道的半滑舌鳎养殖群体和减数分裂雌核发育群体的平均期望杂合度0.7303和0.5608,表明人工选育的半滑舌鳎半同胞家系群体的遗传多样性下降。多态信息含量(PIC)是指一个后代所获得的某个等位基因标记来自它亲代的同一个等位标记的可能性大小,平均多态信息含量是衡量等位基因片段多态性的理想指标。Botstein等(1980) 提出了衡量基因变异程度高低的多态信息含量指标,PIC < 0.25为低度多态,0.25 < PIC < 0.50为中度多态,PIC > 0.5为高度多态。本研究中4个半同胞家系群体的平均多态信息含量分别为0.4566、0.4254、0.5069、0.4795,表明4个群体的遗传多样性处于中等水平。但与已报道的半滑舌鳎养殖群体的遗传多样性相比(徐营等, 2011),半滑舌鳎真、伪雄鱼母系半同胞家系群体的遗传多样性明显下降。依据Allendorf (1986) 的研究,群体遗传多样性每丧失10%,就会对其繁育能力、存活率、生长等重要性状产生很大的负面影响。

遗传距离是衡量群体间遗传变异程度的重要参数。群体间亲缘关系越近,则遗传变异性越低,相似系数值越大,遗传距离越小(邵长伟等, 2009)。本研究中的半滑舌鳎真、伪雄鱼同母系的2组半同胞家系群体间的遗传距离为0.2101-0.3215,小于不同母系的家系群体间遗传距离0.4261-0.5840,这一点与人工养殖选育密切相关,随着遗传多样性的减少,群体间的遗传距离逐渐变小。

Wright (1951) 对遗传分化系数(Fst)大小与分化程度的关系进行了界定:分化系数在0-0.05之间表示群体间分化很弱,0.05-0.15之间表示分化中等,0.15-0.25之间表示分化较大,大于0.25表示分化极大。本研究中的4个半滑舌鳎真、伪雄鱼母系半同胞家系群体间存在中等以上的遗传分化,这与半滑舌鳎群体中真、伪雄鱼个体生长性状存在较大的差异有密切关系。

本研究表明,半滑舌鳎真、伪雄鱼在生长性状上具有显著差异,同母本的真、伪雄鱼半同胞家系之间的遗传距离与遗传分化指数也显示真、伪雄鱼群体之间产生了一定程度的遗传分化。但其有效等位基因数、杂合度、多态信息含量、Shannon's信息指数等遗传指标未出现显著性差异,表明半滑舌鳎真、伪雄鱼群体在遗传上存在一定的遗传分化,但其基本的遗传特征是稳定的。这也从另一个侧面说明了半滑舌鳎群体中同时存在真、伪雄鱼,而且能够稳定遗传的原因。关于这一奇特的遗传现象是遗传因素还是环境因素引起的,还有待于进一步深入研究。

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