渔业科学进展  2017, Vol. 38 Issue (5): 19-24  DOI: 10.11758/yykxjz.20160705001
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引用本文 

黎树, 铁槐茂, 段靖, 赵仲孟, 杨淞, 郭秀兰, 杨世勇. 鲈鲤(Percocypris pingi)染色体核型及C-带分析[J]. 渔业科学进展, 2017, 38(5): 19-24. DOI: 10.11758/yykxjz.20160705001.
LI Shu, TIE Huaimao, DUAN Jing, ZHAO Zhongmeng, YANG Song, GUO Xiulan, YANG Shiyong. The Karyotype and C-Banding of Percocypris pingi[J]. Progress in Fishery Sciences, 2017, 38(5): 19-24. DOI: 10.11758/yykxjz.20160705001.

基金项目

国家自然科学基金(31401488)、四川省科技厅应用基础研究(2015JY0206) 和四川农业大学大学生创新性实验计划(04060507) 共同资助

作者简介

黎树, E-mail: 911957684@qq.com

通讯作者

杨世勇,副教授,E-mail: yangshiyong@sicau.edu.cn

文章历史

收稿日期:2016-07-05
收修改稿日期:2016-07-11
鲈鲤(Percocypris pingi)染色体核型及C-带分析
黎树1,2, 铁槐茂1, 段靖1, 赵仲孟1, 杨淞1, 郭秀兰3, 杨世勇1     
1. 四川农业大学动物科技学院 成都 611130;
2. 四川大学生命科学学院 成都 610065;
3. 成都大学药学与生物工程学院 成都 610106
摘要:鲈鲤(Percocypris pingi)为长江上游特有鱼类及四川省重点保护鱼类,为验证其倍性及丰富其细胞遗传学内容,采用植物性血凝素(PHA)体内注射肾细胞直接制片法研究鲈鲤的核型,采用改进的BSG法研究其C-带。结果显示,鲈鲤的染色体数目为98条,其核型公式为4n=98=42m+30sm+ 10st+16t,臂数NF=170。本研究发现,鲈鲤有16条端部着丝粒染色体,未发现小染色体及其他异型性染色体。鲈鲤C-带带纹较丰富,显示着丝粒带、端粒带和染色体居间带3种类型的C-带,部分染色体同时含有多种类型的C-带着色,如m2、st4同时含有以上3种C-带带纹类型。鲈鲤染色体异染色质含量高达(58.824±0.034)%。本研究再次确认鲈鲤为四倍体,同时指出其染色体具有一定的“可塑性”,反应出鲈鲤对于地区特化的生境具有较强的适应性。
关键词鲈鲤    核型    C-带    多倍化    
The Karyotype and C-Banding of Percocypris pingi
LI Shu1,2, TIE Huaimao1, DUAN Jing1, ZHAO Zhongmeng1, YANG Song1, GUO Xiulan3, YANG Shiyong1     
1. College of Animal Science and Technology, Sichuan Agricultural University, Chengdu 611130;
2. College of Life Science, Sichuan University, Chengdu 610065;
3. College of Pharmacy Bioengineering, Chengdu University, Chengdu 610106
Corresponding author: YANG Shiyong, E-mail: yangshiyong@sicau.edu.cn
Fund: This work was supported by National Science Foundation (31401488), Applied Basic Research from Technological Office of Sichuan Province (2015JY0206), and Innovation Experimental Program for Undergraduate of Sichuan Agricultural University (04060507)
Abstract: Percocypris pingi is one of the endemic fishes in the upper reach of the Yangtze River and is one of the protected fish species in Sichuan Province. In this study, we investigated the ploidy and other cytogenetical characteristics of P. pingi. The karyotype of the renal tissue of P. pingi was examined using PHA injection with air-dry method. The C-band of P. pingi was displayed with modified BSG method. The results showed that the number of chromosomes of P. pingi was 98, and the formula could be expressed as 4n=98=42m+30sm+10st+16t, and the arm number (NF) was 170. Sixteen telocentric chromosome of P. pingi was found in this study although unreported in previous studies. Neither small chromosomes nor other heteromorphic chromosomes were found. All the karyotype had the size of the C-band appeared. The types of C-bands of P. pingi were diverse, including centromeric band, telomere band and intermediate band. Multiple C-bands were found in some chromosomes, for example, all types of C-bands were found in m2and st4. The level of the heterochromatin was 58.824%±0.034%. We confirmed once again that P. pingi was a tetraploid fish. Its chromosomes were 'plastic' to some extent based on the karyotype and C-bands, indicating that P. pingi might be adaptable to specific habitats in different regions.
Key words: Percocypris pingi    Karyotype    C-band    Polyploidization    

鲈鲤(Percocypris pingi)隶属鲤科(Cyprinidae)、鲃亚科(Barbinae)、鲈鲤属(Percocypris),又称江鳁、江鲤、花鲤及花鱼等,主要分布于岷江、金沙江、雅砻江等长江上游及南盘江水系,属长江上游珍稀特有鱼类及四川省重点保护鱼类,也是产区重要的经济鱼类(丁瑞华, 1994; 乐佩奇, 2000; 刘军, 2004)。目前,关于鲈鲤的研究主要涉及遗传及种质特性(Li et al, 2012; Deng et al, 2015; Li et al, 2014; 岳兴建等, 2015)、分类和系统演化(崔桂华等, 1990; Wang et al, 2012)、早期发育、组织胚胎学(马秀慧等, 2011; 何勇凤等, 2013; 王永明等, 2013)及人工增养殖(刘必生等, 2011; 鲁增辉等, 2011)等方面。目前,国内外关于鲈鲤染色体核型的研究仅见昝瑞光等(1984),但该文没有阐述近端部和端部着丝粒染色体,核型图为手绘且无模式图,且缺乏染色体C-带分析和辅助配对。本文研究了鲈鲤染色体核型及其C-带带纹的相关遗传学特性,旨在为鲈鲤的种质资源保护及遗传育种提供一定基础资料。

1 材料与方法 1.1 实验鱼

样本鲈鲤采集自芦山宝剑渔业有限公司人工繁殖子一代个体,体长为(16.6±3.6) cm,体重为(64.7±11.3) g。

1.2 染色体核型制备及观察

采用略有改进的植物性血凝素(PHA)体内注射肾细胞直接制片法获得鲈鲤染色体中期分裂相(林义浩, 1982),采用Olympus倒置显微镜及其附属的Nikon拍照系统进行观察、拍照、染色体计数和臂长测量,采用Photoshop CS6并辅以人工校正进行核型配对。

1.3 染色体C-带显带及观察

Sumner(1972)的BSG法(Barium hydroxide/ Saline/Giemsa)略加改进基础上进行鲈鲤染色体C-带显带,镜检和拍照同1.2核型制备。

2 结果 2.1 鲈鲤染色体数目

选取来自不同健康个体、分散程度好、形态清楚、便于计数的30个中期分裂相细胞,用显微镜进行观察统计,确定鲈鲤染色体数目为98(表 1)。

表 1 鲈鲤染色体数目 Table 1 Chromosome counts of P. pingi
2.2 鲈鲤染色体组型

结合本研究测量、计算结果及根据Levan等(1964)的染色体命名和分类标准,得出鲈鲤染色体的相对长度和臂比(表 2)。

表 2 鲈鲤染色体组型数据 Table 2 The karyotype data of P. pingi

根据本实验结果中的染色体相对长度及臂比,鲈鲤染色体可分为4组(图 1),其中,m组为中部着丝粒染色体,包括42条染色体;sm组为亚中部着丝粒染色体,包括30条染色体;st为亚端部着丝粒染色体,包括10条染色体;t为端部着丝粒染色体,有16条染色体。鲈鲤核型公式为4n=98=42 m+30sm+ 10st+16t,臂数NF=170。在m组中,有3对染色体较同组其他染色体大,分别为m1、m2、m7号。在sm组中,m1号染色体较同组其他染色体大。整个染色体组中,共8条大染色体,占所有染色体条数的8.16%。未发现小染色体及其他异形染色体。鲈鲤染色体模式见图 2

图 1 鲈鲤染色体核型 Figure 1 The karyotype of P. pingi
图 2 鲈鲤染色体核型模式 Figure 2 The karyotype pattern of P. pingi

本实验染色体组型结果显示,鲈鲤近端部染色体仅10条,端部着丝粒染色体多出16条。

2.3 染色体C-带带型

鲈鲤的98条染色体均呈现出C-带着色(图 3),来自于同源染色体的C-带着色大小、位置和强度均非常接近,而不同染色体之间的C-带强度及类型存在差异。鲈鲤染色体C-带可分为3种类型:1类含有着丝粒C-带,2类含有端粒C-带,3类含有居间带的C-带。部分染色体同时含有多种类型的C-带着色。其中,m2、sm2、sm5、st4同时含有居间带和着丝粒C-带带纹;m1、m2、m3、m7、m11、m12、m17、sm1、sm4、sm12、sm13、st2、st4、st5同时含有居间带和端粒C-带纹带;m2、m9、m14、sm7、sm11、st4同时含有着丝粒带和端粒C-带带纹;m2、st4同时含有以上3种C-带带纹类型,其中异染色质含量为(58.824± 0.034)%。

图 3 鲈鲤染色体C-带 Figure 3 The karyotype stained by C-banding of P. pingi

根据以上观测和测量数据绘制鲈鲤核型模式图,详细区分和研究染色体上基因重复区段以及着丝点位置与C-带关系(图 4)。

图 4 鲈鲤C-带模式 Figure 4 The C-banding karyotype of P. pingi
3 讨论 3.1 鲈鲤染色体核型特点及其多倍化

本研究结果显示,鲈鲤染色体核型公式为4n=98= 42m+30sm+10st+16t,臂数NF=170。与先前鲈鲤染色体核型研究结果(昝瑞光等, 1984)相比,其主要差异体现在是否有端部着丝粒染色体。昝瑞光等(1984)报道鲈鲤仅有26条近端部着丝粒染色体,无端部着丝粒染色体,而本研究发现鲈鲤有16条端部着丝粒染色体和10条近端部着丝粒。初步分析这种差异的原因可能有以下三方面:(1) 在有丝分裂中期同源染色体联会配对过程中,互相靠近较为紧密,在滴片制备染色体过程中同源染色体没有分开,导致视为近端部着丝粒染色体;(2) 部分同源染色体出现交叉互换过程,而秋水仙素处理时间和浓度过高,导致染色体融合部分端部着丝粒互相拼接形成近端部着丝粒染色体;(3) 由于其他遗传学影响因素,导致罗伯逊易位和着丝点融合过程发生,进而出现无端部着丝粒情况。本研究通过不同浓度实验和大量观察,发现鲈鲤端部着丝粒染色体之间无明显着丝粒结构、染色体链接或随体结构形成。在昝瑞光等(1984)的报道中,云南光唇鱼(Acrossocheilus yunanensis)、泉水鱼(Pseudogyrinocheilus procheilus)和墨头鱼(Garra pingi pingi)等鲃亚科鱼类也未见端粒染色体存在。然而有研究发现,在云南光唇鱼、泉水鱼、墨头鱼、华鲮(Sinilabeo rendahli)和白甲鱼(Onychostoma sima)等鲃亚科鱼类及部分裂腹鱼亚科鱼类中均存在不同数量的端粒染色体(李渝成等, 1986; 武云飞等, 1999; 孔磊等, 2011)。可见,鲈鲤端部着丝粒染色体确实存在,与先前研究差异的原因极可能是染色体制备方法造成。此外,鲈鲤整个染色体组中,共有8条大染色体,占所有染色体条数的8.16%,未发现小染色体及其他异形染色体,与李渝成等(1986)研究原始鲃类特有大染色体结果相同。

多倍化是水生动物进化过程中的一种常见现象。目前普遍认为,鲤科鱼类二倍体基本染色体数为50或48,二倍体中2n=50为鲤科鱼类中最为原始的一类核型(Arai, 1982; 周暾, 1984)。本研究结果显示,鲈鲤有丝分裂中期染色体条数为98,与昝瑞光等(1984)的结果一致。同时,鲈鲤属于原始鲃类进化分支中的一支,与裂腹鱼亚科较为相似,都具备大量单臂染色体、近端部和端部着丝粒染色体,属鱼类原始物种的染色体特征。相关研究(曹文宣等, 1981; 陈自明等, 2000)表明,原始鲃类生活于高寒地区,其染色体由2n=50→100加倍演化出现,后来在进化或生活过程中,染色体功能机构趋于完整或其他遗传学诱因,染色体由罗伯逊易位或着丝粒融合导致2n=100→98演化。本研究结合染色体数及其核型特征,再次确认鲈鲤为四倍体。Deng等(2015)筛选了12个四核苷酸重复的鲈鲤微卫星位点,从分子遗传的角度也佐证了上述观点。

3.2 C-带特征及其遗传可塑性

C-带是常用的染色体显带技术,其基本原理是通过着丝粒型的异染色质着色的强弱程度及带纹异同分析染色体之间的细微差异(卓孝磊等, 2007)。本研究中,鲈鲤所有染色体均出现C-带阳性着色,带纹丰富且多样化,显示着丝粒带、端粒带和染色体居间带3种类型的C-带,部分染色体同时含有多种类型的C-带着色,如m2、st4同时含有以上3种C-带带纹类型。鲈鲤异染色质比例高达近60%,染色体C-带中,13、20、27、35、44和47号染色体有较为丰富的异染色质区段,而异染色质区可能发生染色体突变而形成染色体重组或数量变化(Charlesworth et al, 2005)。C-带带纹丰富及异染色质比例高等特征暗示鲈鲤的染色体具有一定的“可塑性”,从遗传角度也说明鲈鲤作为四倍体物种对于地区特化的生境具有较强的变异能力和适应性。同时,鲈鲤丰富的C-带区段可为其遗传学和种质资源及良种选育提供参考。

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