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三疣梭子蟹遗传连锁图谱的构建

时间:2022-02-09 理论教育 版权反馈
【摘要】:三疣梭子蟹SSR标记已有报道,但是可用于作图的数量较少。罗云等利用171个AFLP标记构建了第一个三疣梭子蟹遗传连锁图谱。本研究以三疣梭子蟹F2代110个个体为作图材料,利用55个微卫星标记和1239个AFLP标记构建了三疣梭子蟹中密度遗传连锁图谱,相对于罗云等结果,本结果连锁群数更接近于三疣梭子蟹染色体数。子代出现分离的条带经χ2检验后,符合1:1孟德尔分离规律的标记用来构建三疣梭子蟹遗传连锁图谱。

构建遗传连锁图谱需要大量的分子标记,微卫星标记具有多态性好,分布广泛,遗传连锁不平衡等特点,是遗传作图的首选标记。三疣梭子蟹SSR标记已有报道,但是可用于作图的数量较少。AFLP技术是基于PCR技术的限制性片段DNA指纹技术,可在未知基因组信息的情况下得到大量多态性片段。罗云等(2010)利用171个AFLP标记构建了第一个三疣梭子蟹遗传连锁图谱。本研究以三疣梭子蟹F2代110个个体为作图材料,利用55个微卫星标记和1239个AFLP标记构建了三疣梭子蟹中密度遗传连锁图谱,相对于罗云等(2010)结果,本结果连锁群数更接近于三疣梭子蟹染色体数。研究结果可为QTL定位和分子标记辅助育种(MAS)提供数据支持和理论依据。

2008年从三疣梭子蟹莱州湾野生群体中挑选个体大,无任何机械损伤及其他疾病、发育良好的种蟹(♂)作为父本,从海州湾野生群体中挑选个体大,无任何机械损伤及其他疾病、发育良好的种蟹(♀)作为母本,进行1♂ 3 3♀交配,2009年4月初培育出F1代家系。2009年8月从F1代家系中挑选符合上述条件的雌、雄蟹。按照1♂ 3 3♀的方式进行家系内交配,越冬后于2010年4月上旬培育出F2家系。同年8月下旬,随机取家系的110个个体及亲本,记录全甲宽、甲宽、甲长、体重等数据后,取蟹的大螯肌肉装入灭菌的1.5mL Eppendorf管中编号后置于冰箱中保存。

AFLP和SSR条带统计,分别按照显性和共显性标记统计(Van Ooijen et al,2001)。AFLP带型在电泳图上表现为有带和无带,有带(基因型AA/Aa)记为“1”,无带(aa)记为“0”,缺失条带记“—”,统计在一亲本中有带,在一个亲本中无带,子代条带按1:1分离的片段。SSR一对引物对某一个家系扩增反应只能产生一个基因座位,把一个等位基因作为同一位点对父母本分别统计。子代出现分离的条带经χ2检验后(P . 0.05),符合1:1孟德尔分离规律的标记用来构建三疣梭子蟹遗传连锁图谱。

本试验利用软件Joinmap 3.0 White head Institute进行连锁分析,采用LOD54.0,对所有标记进行分组,Calculate Map命令分析各组中不能参与连锁的标记,将其去掉后重新运行该命令,即可完成连锁图谱的绘制,图谱结果用MAPCHART2.1统一比例。

首先计算标记平均间隔(s),其值为图谱总长度除以间隔总数(标记总数减去连锁群数)。每个连锁群的标记平均间隔为连锁群长度除以连锁群上的间隔数,连锁群上的间隔数为连锁群上的标记数减去1。遗传连锁图谱实际长度为两个方面,一为框架图长度(Gof),二为包括三联体和连锁对在内的所有连锁标记的长度(Goa)。采用两种方法计算基因组预期长度(Ge):

(1)Ge1:参照Fishman等(2001)。每个连锁群的长度加上标记平均间隔的两倍,来补偿连锁群最末端的标记和端粒距离。

(2)Ge2:参照Chakravarti等(1991)。每个连锁群的长度乘以系数(m11)/(m21),m为每个连锁群所包含标记的数目。

将两种方法的平均值作为中国对虾基因组预期长度Ge。

遗传图谱的实际长度分两个方面,一为框架图谱的长度Gof,二为所有连锁群的总长度,即包括连锁对在内的所有连锁群的总长度Goa(Cervera et al,2001)。相应的框架图覆盖率为Gof=Gof/Ge,总的图谱覆盖率Goa=Goa/Ge。

9.1.1 AFLP扩增结果

利用162对引物组合产生7875AFLP清晰条带,每对引物产生的条带数从40~80不等,片段大小在10~1.2.0 bp之间(表31)。每对引物产生的多态位点从2个至14个不等,平均每对引物产生7.6条多态性标记,低于斑节对虾(Wilson et al,2002),日本对虾(Li et al,2003)和太平洋白对虾(Zhang et al,2007),但与中国对虾(Liu et al,2010)的7.1个标记,三疣梭子蟹(罗云等,2010)的9.7个标记数相近。说明每对引物产生多态性标记数不同,相近或相同物种间差别不大,其他物种间差异明显。在已有报道中,AFLP标记一般均匀分布(Cervera et al,2001;Shen et al,2007),但是有些物种也有成簇存在的现象(Sakamoto et al,2000;Waldbieser et al,2001),本研究并未发现AFLP标记成簇分布的现象。相对均匀的标记基因组分布证明AFLP标记的高效性和成功率。

所有的多态标记中母本标记548个,父本标记504个,另有204个共同标记。在F2代分离比例符合孟德尔定律,即按照1:1或者3:1的比例进行分离。卡方检验表明,1 024个标记符合孟德尔分离定律,106个偏分离标记,偏分离位点数占总分离位点数的10.5%。最后,共919( 87%)个标记定位到雌雄图谱上,133(13%)个标记未被定位。标记偏分离现象在图谱构建过程中普遍存在,已有研究表明DNA标记的偏分离现象与物种和构图群体有关。本研究中,标记偏分离率为10%,低于斑点叉尾的16%(Liu et al,2003),海虾的12%( Li et al,2006),太平洋牡蛎的27%( Li et al,2004)。但却高于罗非鱼(Kocher et al,1998)和东部牡蛎的8%。偏分离标记的出现可能与以下因素有关:① 作图群体基因组信息差异(Truco et al,2007;Hwanget al,2009);② 标记分型错误。此外,染色体丢失(Kasha et al,1970),基因转换(Nag et al,1989),同源重组(Armstrong et al,1982)等都可能导致偏分离现象的出现。

表31 162组MseI和EcoRI酶切引物组合产生的多态性条带统计

9.1.2 遗传连锁图谱分析

共528个分离标记用于雌性图谱的构建(图29),479个标记定位到框架图谱上,主要由457个AFLP标记、22个SSR构成。雌性框架图谱包括54个连锁群,其中不少于3个标记的有51个,图谱的长度为3.216.8 cm(Gof),连锁群的长度从13.1 cm(45号连锁群)到1.6.7 cm(1号连锁群),每个连锁的标记个数为2~53个。相邻标记间最大间隔为32.7 cm,图谱平均间隔为7.8 cm。各标记在雌性图谱上的分布情况见图29。

共496个分离标记用于雄性图谱的构建(图30),440个标记定位到框架图谱上,主要由421个AFLP标记、19个SSR构成。雄性框架图谱包括53个连锁群,其中不少于3个标记的有50个,图谱的长度为3.157.6 cm(Gof),连锁群的长度从4.7 cm到1.6.5 cm,每个连锁的标记个数为2~16个。相邻标记间最大间隔为30.9 cm,图谱平均间隔为8.8 cm。各标记在雄性图谱上的分布情况见图30。

采用两种方法估计三疣梭子蟹的基因组长度,取其平均值作为图谱预期长度,雌性和雄性图谱预期长度分别为4.745.2 cm和4.692.4 cm,雌性图谱预期长度和雄性图谱基本预期长度相等。图谱观察值占预期长度的百分比率为图谱的覆盖率,雌性和雄性框架图谱的覆盖率分别为67.8%和67.3%,当把连锁对考虑在内,三疣梭子蟹雌性和雄性连锁图谱观察长度分别增至3.521.3 cm和3.517.6 cm。雌性和雄性图谱覆盖率分别增至74.2%和75.0%(表32)。

51个和50个连锁群数十分接近三疣梭子蟹单倍体染色体数(n553)。基因组信息量庞大,可能与蟹类染色体数多和染色体之间的干涉有关。遗传图谱的长度反映了重组率的大小,但是本研究中,雌、雄图谱的总长度(Goa)分别为3.521.3 cm 和3.517.6 cm,十分接近。预期基因组长度分别为雄性4.745.2 cm和雌性4.692.4 cm。这种现象可能与作图群体的大小、做图标记数量和标记的密度有关。雌性和雄性常染色体的重组率一般不同,在XY染色体组型的哺乳动物中,雄性的重组率比雌性更紧凑(Nomura et al,2011)。已有关于甲壳动物性别决定的研究(Benzie,1998;Hulata,2001),尽管本研究中未发现性别相关染色体,但结果表明雄性的重组率比雌性更紧凑。其他关于甲壳动物的研究结果显示,雌性图谱比雄性图谱含有更多遗传标记。Staelens等(2008)构建了斑节对虾高密度遗传连锁图谱,雌、雄图谱的平均图距分别达到2.8 和2.1 cm,并发现雌性和雄性图谱的重组率差异不大。与本研究存在差异的原因可能是标记数的多少、图谱密度和物种的类别。本研究结果与Coimbra(2003)等报道的雌性1.176.4 cm和雄性1.1.5 cm图谱长度接近的结果相一致。图谱预期长度(雄性4.745.2 cm和雌性4.692.4 cm)明显高于罗云等(2010)(雄性2.918.2 cm和雌性2.372.4 cm),原因可能是标记数的增加。此外,919个标记定位到图谱上,远多于罗云等(2010)171标记。除标记数外,不同作图软件的应用也会导致图谱长度的差异。有研究(Senior et al,1997;Vuylsteke et al,1999)表明,对于基因组长度,同样的数据,JoinMap分析结果要短于MAPMAKER分析结果。

标记之间图距大于30 cm的雌性图谱44号连锁群(32.7 cm)和49号连锁群(30.1 cm),雄性图谱1号连锁群31.2 cm、29号连锁群30.1 cm和42号连锁群30.9 cm可能与基因高表达区的高重组率有关。相比罗云等(2010.22.0 cm和24.0 cm平均图距,本研究雌性7.8 cm和雄性8.7 cm更加精确,图谱覆盖率雌性和雄性分别为74% 和 75%,具有更好的基因组覆盖率。

遗传连锁图谱在QTL定位分析,基于图谱的基因克隆,MAS和比较基因组学方面都发挥着重要作用。三疣梭子蟹中密度遗传连锁图谱的构建主要有两个目标:首先,基因组覆盖率和标记密度增加为数量相关性状,如全甲宽、甲宽、甲长、体重等的QTL定位提供基础。第二,本研究为遗传分析和操作提供了一个有效的工具,可以作为单个基因位点、遗传进化和生态显著性状研究模板。最后,改进的图谱还可以为重要经济性状相关的比较基因组作图提供支持,为应用于分子标记辅助育种打好基础。

表32 三疣梭子蟹遗传连锁图谱参数统计

图29三疣梭子蟹雌性遗传连锁图谱

连锁群编号位于每个连锁群上方,AFLP 和SSR 分子标记在连锁群右侧,连锁群单位长度为厘摩(cM)

图30三疣梭子蟹雄性遗传连锁图谱。

连锁群编号位于每个连锁群上方,AFLP和SSR分子标记在连锁群右侧,连锁群单位长度为厘摩(cM)

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