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水生生物种质资源作为生物多样性的重要组成部分,是水产育种、养殖和渔业科技发展的重要物质基础。我国是一个水生生物种质资源十分丰富的国家,丰富的水生生物种质资源和遗传多样性对于促进我国水产养殖业快速发展有着非常重要的作用。但是,近年来由于人类活动所带来的水域生态环境问题,以及水产养殖生产中的近亲交配和无序利用,导致许多经济和珍稀水产资源衰竭,养殖品种质量退化,甚至基因多样性丧失。因此,对现有重要水产养殖动物进行遗传多样性分析;研究水产动物精子的长期冷冻保存技术,构建精子冷冻保存库,保存优良种质资源;以及利用基因工程方法克隆鱼类重要基因,开展优质转基因水产动物新品种选育成为当前水产研究的热点。
本文以黄颡鱼(Pseudobagrusfulvidraco)和中华绒螯蟹(Eriocheir sinensis)为主要研究对象,进行遗传多样性分析、精子低温冷冻保存及黄颡鱼转基因育种等方面的研究。用RAPD扩增方法,对采自长江南京段的黄颡鱼和瓦氏黄颡鱼进行遗传多样性分析。结果显示,黄颡鱼和瓦氏黄颡鱼的多态位点比例分别为0.3484和0.3571,两群体遗传多样性的杂合度分别为0.0875和0.0870,表明长江中黄颡鱼和瓦氏黄颡鱼种群内的遗传变异水平不显著,种质资源还未因环境等因素而出现明显变异。对黄颡鱼和瓦氏黄颡鱼不同组织中的同工酶进行分析,发现两种鱼同种组织中的同工酶酶谱大多差别较大,从蛋白质水平反映了两种鱼的基因组的差异较大,亲缘关系较远。其中LDH-C、EST—4、MDH-3、MDH-5和MDH-6仅在瓦氏黄颡鱼中表达,而MDH-4、MDH-7和MDH-8仅在普通黄颡鱼中表达,这些具有种特异性的同工酶酶谱可作为区分这两种鱼的遗传标记。而对采自江苏及上海地区10个中华绒螯蟹幼蟹群体的遗传多样性RAPD分析显示:遗传多态度在0.0396~0.1153之间;群体间遗传距离在0.0647~0.2707之间;Gst为0.6558;Nm值为0.2558。结果表明10个中华绒螯蟹幼蟹群体在群体内的遗传变异水平较低,群体间发生了一定的遗传分化,群体间的遗传交换较大。对采自江苏及安徽10个中华绒螯蟹成蟹群体的RAPD分析显示:各群体的多态位点比例在3.45%~26.19%之间,遗传多态度在0.0141~0.1036之间;群体间遗传距离在0.0237~0.2466之间,遗传相似度在0.7815~0.9766之间,分化系数在0.4283~0.6632之间,Nm在0.2539~0.6674之间。表明10个成蟹群体的基因组DNA多态度较为贫乏,群体内遗传变异水平较低,群体间发生了一定的分化及不同程度的遗传变异和交换。对江苏地区的本地种与荷兰种中华绒螯蟹群体进行两个微卫星基因座(Esin67和Esirl87)的遗传多态性分析结果表明,中华绒螯蟹本地种与荷兰种的两个微卫星基因座均有较好的多态性;在Esin67基因座中,本地种和荷兰种绒螯蟹均有8个等位基因,两组的最高频率等位基因均为8重复序列;在Esin87基因座中,本地种绒螯蟹有9个等位基因,荷兰种有7个等位基因,两组的最高频率等位基因均为9重复序列。同时还发现中华绒螯蟹荷兰种这两个基因座的杂合度和多态性信息含量均高于本地种。在精子低温保存方面,我们的研究结果发现,鱼用任氏液对黄颡鱼精子的保存效果最佳;添加浓度为2.0x 104 IU/mL的青霉素及6%DMSO抗冻保护剂,在0℃可以明显提高精子的保存效果。在此条件(0℃、2.0x104IU青霉素/mL精液、6%DMSO)下,保存12d的精液仍有80%的精子保持活性。以此低温保存的精子进行人工授精,发现该精子能正常用于人工授精,且受精效果与新鲜精子无显著差异。而在超低温冷冻保存方面,用任氏液与10%甲醇作为抗冻剂来冷冻黄颡鱼精予以后,解冻后的精子活力、成活率和孵化率(65±5%,90.47±3.67%and 88±4%)与新鲜精子的活力、成活率及孵化率(90±5%,97.55±1.74% and 92±5%)最为接近。这些研究为建立鱼类精子的低温保存和超低温冷冻保存的技术体系奠定了基础。以此为依托,我们还成功地保存了锦鲤、兴国红鲤、暗纹东方纯、翘嘴鲌、翘嘴鳜、团头鲂、刀鲚等多种淡水鱼的精子。对中华绒螯蟹精子进行的超低温冷冻保存研究的结果表明:不同的保护剂、体积分数及冷冻时间,精子的冷冻效果不同。以无钙离子人工海水为基础液,与10%DMSO或12.5%甘油等体积混合后,4℃平衡30 min,-20℃平衡15 min,—80℃平衡15 min,后投入-196℃液氮中,经过长时间冻存,液氮罐口平衡5 min后,55℃水浴10~15s,台盼蓝染色,精子活力达60%左右。
为选育高品质的水产养殖新品种,我们开展了黄颡鱼遗传工程育种的初步研究。对黄颡鱼生长性状相关的重要基因生长激素(GH)基因和生长抑制素(MSTN)基因进行了克隆分析。克隆了1088碱基对(bp)长的黄颡鱼生长激素基因cDNA序列,其中编码区为603 bp,编码由200个氨基酸组成的黄颡鱼生长激素(包括178个氨基酸的成熟肽和22个氨基酸的信号肽);3-UTR为485 bp,其末端含典型的poly(A)加尾信号序列AATAAA。氨基酸序列比对结果发现:黄颡鱼生长激素和已知的5种鲶科鱼类生长激素的氨基酸序列同源性达90%以上。克隆了黄颡鱼肌肉MSTN基因,并对其序列及其相应蛋白序列进行了分析。黄颡鱼肌肉MSTN和人、小鼠、鸡、斑马鱼的MSTN同源性高达80%;蛋白序列C末端为MSTN的成熟功能区域,通过二硫键形成二聚体来发挥生物学活性。在此基础上开展了利用黄颡鱼“全鱼”基因构件制作转生长激素基因黄颡鱼的基因工程育种的研究工作。从黄颡鱼基因组中克隆了黄颡鱼β-肌动蛋白起始密码子上游1022 bp的基因组片段,其中含β-肌动蛋白启动子的核心序列;构建了β-肌动蛋自启动子驱动生长激素基因的黄颡鱼“全鱼”基因构件,然后将该构件导入黄颡鱼受精卵中,并培育出生长速度较快的转基因黄颡鱼。