鱼类生殖开关技术的初步研究

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具有优良性状的养殖鱼类新品种是未来水产养殖可持续发展的关键之一。转基因育种是培育优良养殖鱼类新品种的重要技术,研究者已经培育出具有生长速度快、抗病及抗逆能力强等优良性状的多种转基因鱼,但是迄今尚无一例转基因鱼实现产业化养殖。对转基因鱼潜在生态风险的担忧是制约转基因鱼产业化的瓶颈因素。  控制转基因鱼的生殖能力可以从根本上解决转基因鱼潜在的生态安全问题。在此,我们提出了控制转基因鱼育性的新策略,即“亲本两系可育,而杂交子代诱导不育”。以斑马鱼为研究对象,利用GAL4/UAS系统及反义RNA技术,以dnd基因为靶基因,建立两种转基因斑马鱼家系,这两种转基因鱼家系的优良性状都可以稳定遗传给予代;但这两种家系杂交时,杂交子代诱导不育。可育的亲代可作为转基因鱼优良性状的保持系,不育的杂交子代具有生态安全性,可以作为产业化养殖的对象。  在建立转基因斑马鱼家系之前,我们研究了GAL4/(1x-11x)UAS的诱导效率,结果表明GAL4/5xUAS具有最好的诱导效率。然后我们分别建立了CMV启动子驱动GAL4表达的TG1家系和5xUAS驱动as/dnd基因转录的TG2家系。TG1和TG2转基因鱼家系都可以繁殖产生后代。但是,在这两种转基因鱼的杂交子代中,GAL4诱导5xUAS驱动as/dnd基因转录,显著抑制了内源dnd mRNA水平,引起杂交胚胎发育早期原始生殖细胞(PGCs)迁移紊乱并发生凋亡,迁移至生殖脊的PGCs数量显著减少,甚至没有PGCs迁移至生殖脊。这些PGCs显著减少甚至消失的幼体最终发育成了生殖败育(30%,TG3-1)或生殖能力显著降低(70%,TG3-2)的成体。  TG3-1和TG3-2个体的体重没有差异,但性腺指数较对照鱼均显著减少,TG3-2雄鱼的受精率显著降低,TG3-2雌鱼的相对怀卵量显著降低。组织学检测发现TG3-1雄鱼精巢中小叶腔的数量显著减少,其中几乎没有成熟的精子;TG3-2雄鱼精巢的部分小叶腔中充满精子。TG3-1雌鱼卵巢中卵细胞大部分处于Ⅰ期或Ⅱ期;TG3-2卵巢中卵细胞排列疏松。我们在TG3-1和TG3-2雌雄性腺组织中均发现大量凋亡的生殖细胞,这说明dnd不但在PGCs的迁移和存活中起重要作用,在性成熟斑马鱼生殖细胞的存活中也起着重要作用。我们还首次发现5xUAS序列在斑马鱼中会发生严重的甲基化修饰,而且具有个体间的差异。这种个体间差异的甲基化修饰导致了不同杂交个体中dnd被抑制程度的差异,并最终导致了生殖败育和生殖能力显著降低个体的出现。  鱼类生殖开关策略作为一种潜在有效的方法,既可以保存转基因鱼可育亲本的优良性状,又可以生产大量不育的、具有生态安全性的转基因鱼用于产业化养殖。同时,该策略也为解决鱼类引种产生的生态安全问题提供了一种新思路。
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