微衛(wèi)星標記在魚類遺傳育種研究及種質(zhì)資源管理上的應用

1、農(nóng)業(yè)生物技術學報Journal of Agricultural Biotechnology 2006,14(1:117121 *基金項目：江西省教育廳科技項目(No.JYTKJ0201 資助。張小谷：男，1967年生，博士研究生，副教授。*通訊作者。Author for correspondence. Tel E-mail:<收稿日期：2004-11-29接受日期：2005-10-18·綜述·微衛(wèi)星標記在魚類遺傳及育種研究中的應用*張小谷1,2童金茍3熊邦喜1*(1.華中農(nóng)業(yè)大學水產(chǎn)學院，武漢430070；2. 九江學院生命科學學院，九江3

2、32000；3. 中國科學院水生生物研究所，武漢430072摘要：微衛(wèi)星標記在魚類遺傳多樣性、種群遺傳結(jié)構分析、基因組作圖等方面的研究中發(fā)揮著較大的作用，并逐漸應用到魚類分類、親本鑒定及資源保護與育種等工作中。關鍵詞：微衛(wèi)星標記；遺傳多樣性；育種；魚類中圖分類號:S188文獻標識碼:A文章編號:1006-1304( 2006 01-0117-05Applications of Microsatellite Markers on Studies of Genetics and Breeding of FishesZHANG Xiao-Gu 1,2TONG Jin-Gou 3XIONG Bang-

3、Xi 1*The technique of microsatellite marker is one of the genetic marker methods used in DNA analysis. Microsatellitemarkers are applied to the analysis of species genetic diversity ，population genetic structure, and genomic mapping of fishes. These markers also are applied to classification, identi

4、fication of parentage, conservation and breeding offishes.microsatellite; genetic diversity; breeding; fishes在各種分子遺傳標記中，微衛(wèi)星(microsatelliteDNA 標記技術受到許多研究者的青睞。微衛(wèi)星又稱短序列串聯(lián)重復(shorttandem repeats, STR 或簡單序列重復(simplesequence repeats, SSR ，其核心序列(coresequence 因有絲分裂或減數(shù)分裂過程中同源衛(wèi)星DNA 間的不等交換或復制過程中DNA 滑動重復數(shù)高度可變，重復

5、序列長幾到幾百堿基對，形成每個座位上的多態(tài)性，而側(cè)翼序列(flankingse-quence 相對保守。微衛(wèi)星標記在魚類研究上的應用始于20世紀90年代初(Goff1992；Estoup 1993 。近年來，微衛(wèi)星標記在魚類研究上已取得較大進展。本文試圖對微衛(wèi)星標記技術在魚類遺傳研究、資源保護及育種上的應用作一綜述。1微衛(wèi)星標記在魚類遺傳學基礎研究上的意義1.1物種遺傳多樣性分析在遺傳多樣性研究中，微衛(wèi)星分子標記比較適用于親源關系很近的物種遺傳分析，采用微衛(wèi)星研究魚類遺傳多樣性有較多報道。近幾年，進行了微衛(wèi)星多態(tài)座位描述的魚類主要有大西洋鱘(2002； 、羅非魚(Carleton2002 、哲

6、羅魚(梁利群等, 2004 、紅點鮭(2005 、海鱸(D(Chistiakov, 2004 、鯉魚(Yueand Orban, 2002 、厚唇鲃(2001 等。研究表明魚類微衛(wèi)星遺傳多樣性依淡水、溯河、海洋趨向增強，這可能與海洋具有大而連續(xù)的自然環(huán)境相關，反映了海洋魚類的有效種群有更多個體。1.2種群遺傳結(jié)構分析農(nóng)業(yè)生物技術學報2006年利用微衛(wèi)星DNA 孟德爾遺傳模式及共顯性特征，通過分析微衛(wèi)星座位等位基因類型、頻率及組合方式，確定群體的遺傳雜合度、遺傳距離等，進一步描述種群的遺傳結(jié)構，比較群體遺傳結(jié)構差異與水體地理結(jié)構差異，分析群體間基因流動狀況，可應用于魚類地理區(qū)劃。運用微衛(wèi)星標記研

7、究美國西北部鮭魚(遺傳學種群結(jié)構表明，至少存在著3個具遺傳結(jié)構差異的群體：沿海群體、Snake 河群體和Columbia 河上游群體(Spruell2003 。通過研究愛爾蘭的大西洋鮭(Wennevik2004 、北美西部沿海的太平洋細齒鮭(McLeanand Taylor,2001 、加拿大的溪紅點鮭(Adamsand Hutchings, 2003 等微衛(wèi)星位點，檢測群體內(nèi)及群體間的遺傳多態(tài)性，顯示群體遺傳結(jié)構差異與水體地理結(jié)構差異相一致，表明微衛(wèi)星標記是確定真正的生物學群體單元的有效工具。對日本鳀(微衛(wèi)星座位進行種群遺傳結(jié)構分析，發(fā)現(xiàn)在不同地理種群間表現(xiàn)出明顯的種群差異，而在臨時性種群間

8、沒有明顯的種群差異(Yu, 2002 。群體微衛(wèi)星多態(tài)差異研究的主要魚類還有唇指鱸(and Smolenski, 2003 、真鯛(2003 、鱈魚(Reill ,2004 、大菱鲆(L.(Nielsen2004 、鯰魚(Triantafyllidis2002 等。由于生態(tài)環(huán)境的惡化，一些野生魚類正在消失，或由于長期人工引種、馴化和雜交，養(yǎng)殖魚類品系之間變得很難區(qū)分。采用微衛(wèi)星標記技術，結(jié)合形態(tài)學特點，能夠準確地確定魚類的品系，加強對魚類種質(zhì)資源的管理與保護。研究表明，運用微衛(wèi)星遺傳標記分析技術，能精確地評估加拿大Nass 河與Fraser 河內(nèi)硬頭鱒(遺傳多樣性及種群結(jié)構，達到漁業(yè)保護性管理

9、與利用的目的(Beacham2004 。通過微衛(wèi)星多態(tài)座位研究人工繁殖群體與野生產(chǎn)卵群體的遺傳差異，可分析人工繁殖群體對野生群體基因流動的動態(tài)影響(Wasand Wenne, 2002；Bartfai 2003 。微衛(wèi)星研究表明，過度捕撈導致新西蘭真鯛群體遺傳多樣性的衰退，危及種群的適應性和持續(xù)生產(chǎn)能力(Hauser2002 。1.3基因組作圖在生物染色體中存在的大量簡單重復序列可作為構建遺傳學圖譜的標記。利用微衛(wèi)星標記，可進行基因遺傳連鎖分析，建立適當密度的SSR 標記的遺傳連鎖圖。基因組作圖工作在斑馬魚(L. 、羅非魚、鯉魚、鱒魚等魚類的研究較為充分，采用2000個(CA重復片段的微衛(wèi)星標

10、記位點構建的斑馬魚遺傳圖譜精度達0.74Mbase/cM(Shi-moda1999 ，已構建的具50個連鎖組的鯉魚遺傳連鎖圖共有262個SSR 標記位點(孫效文和梁利群, 2000 。以微衛(wèi)星標記為基礎構建的斑點叉尾鮰(的遺傳連鎖圖，293個微衛(wèi)星標記位點間的平均距離為8.7cM ，其中有7個座位與性別決定位點緊密關聯(lián)(Waldbieser2001 。在應用微衛(wèi)星標記研究不同水體人工培育的眼斑擬石首魚(仔魚和幼魚遺傳多樣性時，將微衛(wèi)星標記運用于遺傳作圖(OMalley 2003 。參照正常二倍體雄魚與純合克隆雌魚雜交F 1代連鎖關系，運用微衛(wèi)星標記構建的香魚(遺傳連鎖圖覆蓋1659.6cM 圖

11、距(Watanabe, 2004 。2微衛(wèi)星標記在魚類資源保護和育種研究上的應用與前景2.1個體識別通過微衛(wèi)星多態(tài)標記區(qū)分不同群體，評估其多態(tài)座位基因型信息，可有效地發(fā)揮微衛(wèi)星標記在分辨?zhèn)€體所屬群體方面的潛力。通過建立ANN(artifi-cial neural networks 數(shù)學模型進行微衛(wèi)星標記位點分析，區(qū)分同種魚的不同群體，辨別魚類個體所屬群體。研究表明微衛(wèi)星標記個體識別方法可能成為魚類生物學研究的標準工具。我國利用微衛(wèi)星引物對放流后回捕的中華鱘( 個體DNA 進行PCR 擴增，并對親魚樣本進行了有效的個體區(qū)分，監(jiān)測人工放流對中華鱘遺傳多樣性的影響，為長期的生物多樣性保護工作提供科學

12、依據(jù)(朱濱等, 1999 。2.2親本鑒定研究表明，運用微衛(wèi)星標記技術可確定同一種群魚類個體間的親子關系。在香魚人工誘導雌核發(fā)育二倍體的染色體工程技術中，應用微衛(wèi)星DNA 檢測技術鑒定香魚不同類型的二倍體后代，確定被檢測的克隆香魚的父本及母本群體(董仕和Taniguchi, 2003 ，研究上還可通過微衛(wèi)星等位基因純合率判定雌核發(fā)育的歐洲海鱸無性繁殖系的建立(Bertotto2005 。實踐中，應用微衛(wèi)星標記，確118第1期張小谷等：微衛(wèi)星標記在魚類遺傳及育種研究中的應用定牙鲆(親體，評估人工繁殖群體與自然群體的多態(tài)性差異(Haraand Sekino, 2003 ；評估Fourmile 河3

13、個不同區(qū)域采集的太陽魚(自然群體的親體(Mackiewicz2002 ；確定條紋鏢鱸(親子關系，分析雄魚吸引雌魚的繁殖行為成功的原因(Porter2002 。通過研究麗魚科魚類微衛(wèi)星座位，闡明Tanganyika 湖麗魚科自然棲息水域魚類親子關系，或人工育種親本與雜交單倍體F 1間的遺傳關系(Taylor2002 。在漁業(yè)上，通過微衛(wèi)星標記進行魚類親本鑒定，確定繁殖群體結(jié)構，評估漁業(yè)產(chǎn)量，有利于加強對種質(zhì)資源的管理，提高漁業(yè)效益。2.3輔助育種利用微衛(wèi)星標記技術，能追蹤養(yǎng)殖魚類品系基因來源，輔助魚種選育工作，最終建立以DNA 分子標記為選擇手段的新一代育種技術。利用微衛(wèi)星標記構建硬頭鱒回交家系

14、連鎖圖譜，確定與抗傳染性胰臟壞死病性狀相結(jié)合的數(shù)量特征位點，分析復雜品系的遺傳差異，這種標記輔助選育(marker-assist-ed selection, MAS 研究將給魚類育種帶來經(jīng)濟利益。對錦鯉不同品系不同人工雌核發(fā)育家系個體微衛(wèi)星多態(tài)座位的分析，結(jié)果表明錦鯉品系基因組來源復雜，基因高度雜合，微衛(wèi)星分子標記為進行錦鯉分子標記育種提供了理想的工具(劉靜霞等, 2002 。3存在的問題與應用前景微衛(wèi)星標記技術作為一種分子遺傳標記方法，要在魚類遺傳育種中發(fā)揮巨大作用，還有大量的基礎工作有待完成。主要問題是：在對一個新物種作SSR 標記時需要通過克隆建立其基因文庫。盡管利用近緣種部分微衛(wèi)星座位

15、引物序列的方法有時可行(Tong2002 ，但大多數(shù)情況下異種擴增可能無效，因為并不是所有魚類的微衛(wèi)星側(cè)翼序列都具有足夠的保守性。當前，首要任務是優(yōu)化其檢測方法，提高檢測速度，節(jié)省時間和材料成本，構建各物種、種群或品種適當密度的微衛(wèi)星標記的遺傳連鎖圖。同時，改進統(tǒng)計與分析方法，發(fā)現(xiàn)其內(nèi)在規(guī)律，并對結(jié)果作出科學合理的解釋(Tong, 2005 。微衛(wèi)星標記技術能為鑒定種或種群和評估魚類遺傳多樣性提供依據(jù)，識別種內(nèi)個體遺傳差異度，并預測外來侵入種可能帶來的種群結(jié)構上的影響。由于微衛(wèi)星側(cè)翼區(qū)相對保守，可采用微衛(wèi)星標記進行魚類種內(nèi)系統(tǒng)地理學(phylogeography研究。微衛(wèi)星遺傳標記也可用于評估

16、養(yǎng)殖品種或轉(zhuǎn)基因魚類逃逸到天然水體對野生魚類的遺傳學影響，并對珍稀魚類或經(jīng)濟魚類的人工放流增殖工作提供指導，在魚類基因的中長期保護上發(fā)揮更大的作用。采用微衛(wèi)星遺傳標記方法，可明確標記位點與經(jīng)濟性狀基因的連鎖，建立精確的數(shù)量特征位點基因圖譜，通過標記輔助選擇的方法提高育種效率(Erico2005 ，培育漁業(yè)優(yōu)良品種，提高養(yǎng)殖生產(chǎn)力。參考文獻Adams B K and Hutchings J A. Microgeographic populationstructure of brook charr:A comparison of microsatellite andmark-recapture d

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