微衛(wèi)星標(biāo)記在魚類遺傳育種研究及種質(zhì)資源管理上的應(yīng)用

1、農(nóng)業(yè)生物技術(shù)學(xué)報(bào)Journal of Agricultural Biotechnology 2006,14(1:117121 *基金項(xiàng)目：江西省教育廳科技項(xiàng)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(biāo)記在魚類遺傳及育種研究中的應(yīng)用*張小谷1,2童金茍3熊邦喜1*(1.華中農(nóng)業(yè)大學(xué)水產(chǎn)學(xué)院，武漢430070；2. 九江學(xué)院生命科學(xué)學(xué)院，九江3

2、32000；3. 中國科學(xué)院水生生物研究所，武漢430072摘要：微衛(wèi)星標(biāo)記在魚類遺傳多樣性、種群遺傳結(jié)構(gòu)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(yīng)用到魚類分類、親本鑒定及資源保護(hù)與育種等工作中。關(guān)鍵詞：微衛(wèi)星標(biāo)記；遺傳多樣性；育種；魚類中圖分類號(hào):S188文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):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(biāo)記中，微衛(wèi)星(microsatelliteDNA 標(biāo)記技術(shù)受到許多研究者的青睞。微衛(wèi)星又稱短序列串聯(lián)重復(fù)(shorttandem repeats, STR 或簡單序列重復(fù)(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(fù)制過程中DNA 滑動(dòng)重復(fù)數(shù)高度可變，重復(fù)

5、序列長幾到幾百堿基對(duì)，形成每個(gè)座位上的多態(tài)性，而側(cè)翼序列(flankingse-quence 相對(duì)保守。微衛(wèi)星標(biāo)記在魚類研究上的應(yīng)用始于20世紀(jì)90年代初(Goff1992；Estoup 1993 。近年來，微衛(wèi)星標(biāo)記在魚類研究上已取得較大進(jìn)展。本文試圖對(duì)微衛(wèi)星標(biāo)記技術(shù)在魚類遺傳研究、資源保護(hù)及育種上的應(yīng)用作一綜述。1微衛(wèi)星標(biāo)記在魚類遺傳學(xué)基礎(chǔ)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(biāo)記比較適用于親源關(guān)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(bào)道。近幾年，進(jìn)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(diǎn)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(qiáng)，這可能與海洋具有大而連續(xù)的自然環(huán)境相關(guān)，反映了海洋魚類的有效種群有更多個(gè)體。1.2種群遺傳結(jié)構(gòu)分析農(nóng)業(yè)生物技術(shù)學(xué)報(bào)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(jìn)一步描述種群的遺傳結(jié)構(gòu)，比較群體遺傳結(jié)構(gòu)差異與水體地理結(jié)構(gòu)差異，分析群體間基因流動(dòng)狀況，可應(yīng)用于魚類地理區(qū)劃。運(yùn)用微衛(wèi)星標(biāo)記研

7、究美國西北部鮭魚(遺傳學(xué)種群結(jié)構(gòu)表明，至少存在著3個(gè)具遺傳結(jié)構(gòu)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(xì)齒鮭(McLeanand Taylor,2001 、加拿大的溪紅點(diǎn)鮭(Adamsand Hutchings, 2003 等微衛(wèi)星位點(diǎn)，檢測(cè)群體內(nèi)及群體間的遺傳多態(tài)性，顯示群體遺傳結(jié)構(gòu)差異與水體地理結(jié)構(gòu)差異相一致，表明微衛(wèi)星標(biāo)記是確定真正的生物學(xué)群體單元的有效工具。對(duì)日本鳀(微衛(wèi)星座位進(jìn)行種群遺傳結(jié)構(gòu)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(shí)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(biāo)記技術(shù)，結(jié)合形態(tài)學(xué)特點(diǎn)，能夠準(zhǔn)確地確定魚類的品系，加強(qiáng)對(duì)魚類種質(zhì)資源的管理與保護(hù)。研究表明，運(yùn)用微衛(wèi)星遺傳標(biāo)記分析技術(shù)，能精確地評(píng)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(gòu)，達(dá)到漁業(yè)保護(hù)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(duì)野生群體基因流動(dòng)的動(dòng)態(tài)影響(Wasand Wenne, 2002；Bartfai 2003 。微衛(wèi)星研究表明，過度捕撈導(dǎo)致新西蘭真鯛群體遺傳多樣性的衰退，危及種群的適應(yīng)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(fù)序列可作為構(gòu)建遺傳學(xué)圖譜的標(biāo)記。利用微衛(wèi)星標(biāo)記，可進(jìn)行基因遺傳連鎖分析，建立適當(dāng)密度的SSR 標(biāo)記的遺傳連鎖圖?；蚪M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(gè)(CA重復(fù)片段的微衛(wèi)星標(biāo)

10、記位點(diǎn)構(gòu)建的斑馬魚遺傳圖譜精度達(dá)0.74Mbase/cM(Shi-moda1999 ，已構(gòu)建的具50個(gè)連鎖組的鯉魚遺傳連鎖圖共有262個(gè)SSR 標(biāo)記位點(diǎn)(孫效文和梁利群, 2000 。以微衛(wèi)星標(biāo)記為基礎(chǔ)構(gòu)建的斑點(diǎn)叉尾鮰(的遺傳連鎖圖，293個(gè)微衛(wèi)星標(biāo)記位點(diǎn)間的平均距離為8.7cM ，其中有7個(gè)座位與性別決定位點(diǎn)緊密關(guān)聯(lián)(Waldbieser2001 。在應(yīng)用微衛(wèi)星標(biāo)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(shí)，將微衛(wèi)星標(biāo)記運(yùn)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(guān)系，運(yùn)用微衛(wèi)星標(biāo)記構(gòu)建的香魚(遺傳連鎖圖覆蓋1659.6cM 圖

11、距(Watanabe, 2004 。2微衛(wèi)星標(biāo)記在魚類資源保護(hù)和育種研究上的應(yīng)用與前景2.1個(gè)體識(shí)別通過微衛(wèi)星多態(tài)標(biāo)記區(qū)分不同群體，評(píng)估其多態(tài)座位基因型信息，可有效地發(fā)揮微衛(wèi)星標(biāo)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(xué)模型進(jìn)行微衛(wèi)星標(biāo)記位點(diǎn)分析，區(qū)分同種魚的不同群體，辨別魚類個(gè)體所屬群體。研究表明微衛(wèi)星標(biāo)記個(gè)體識(shí)別方法可能成為魚類生物學(xué)研究的標(biāo)準(zhǔn)工具。我國利用微衛(wèi)星引物對(duì)放流后回捕的中華鱘( 個(gè)體DNA 進(jìn)行PCR 擴(kuò)增，并對(duì)親魚樣本進(jìn)行了有效的個(gè)體區(qū)分，監(jiān)測(cè)人工放流對(duì)中華鱘遺傳多樣性的影響，為長期的生物多樣性保護(hù)工作提供科學(xué)

12、依據(jù)(朱濱等, 1999 。2.2親本鑒定研究表明，運(yùn)用微衛(wèi)星標(biāo)記技術(shù)可確定同一種群魚類個(gè)體間的親子關(guān)系。在香魚人工誘導(dǎo)雌核發(fā)育二倍體的染色體工程技術(shù)中，應(yīng)用微衛(wèi)星DNA 檢測(cè)技術(shù)鑒定香魚不同類型的二倍體后代，確定被檢測(cè)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(shí)踐中，應(yīng)用微衛(wèi)星標(biāo)記，確118第1期張小谷等：微衛(wèi)星標(biāo)記在魚類遺傳及育種研究中的應(yīng)用定牙鲆(親體，評(píng)估人工繁殖群體與自然群體的多態(tài)性差異(Haraand Sekino, 2003 ；評(píng)估Fourmile 河3

13、個(gè)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(guān)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(guān)系，或人工育種親本與雜交單倍體F 1間的遺傳關(guān)系(Taylor2002 。在漁業(yè)上，通過微衛(wèi)星標(biāo)記進(jìn)行魚類親本鑒定，確定繁殖群體結(jié)構(gòu)，評(píng)估漁業(yè)產(chǎn)量，有利于加強(qiáng)對(duì)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(biāo)記技術(shù)，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(biāo)記為選擇手段的新一代育種技術(shù)。利用微衛(wèi)星標(biāo)記構(gòu)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(diǎn)，分析復(fù)雜品系的遺傳差異，這種標(biāo)記輔助選育(marker-assist-ed selection, MAS 研究將給魚類育種帶來經(jīng)濟(jì)利益。對(duì)錦鯉不同品系不同人工雌核發(fā)育家系個(gè)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(fù)雜，基因高度雜合，微衛(wèi)星分子標(biāo)記為進(jìn)行錦鯉分子標(biāo)記育種提供了理想的工具(劉靜霞等, 2002 。3存在的問題與應(yīng)用前景微衛(wèi)星標(biāo)記技術(shù)作為一種分子遺傳標(biāo)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(chǔ)工作有待完成。主要問題是：在對(duì)一個(gè)新物種作SSR 標(biāo)記時(shí)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(shí)可行(Tong2002 ，但大多數(shù)情況下異種擴(kuò)增可能無效，因?yàn)椴⒉皇撬恤~類的微衛(wèi)星側(cè)翼序列都具有足夠的保守性。當(dāng)前，首要任務(wù)是優(yōu)化其檢測(cè)方法，提高檢測(cè)速度，節(jié)省時(shí)間和材料成本，構(gòu)建各物種、種群或品種適當(dāng)密度的微衛(wèi)星標(biāo)記的遺傳連鎖圖。同時(shí)，改進(jìn)統(tǒng)計(jì)與分析方法，發(fā)現(xiàn)其內(nèi)在規(guī)律，并對(duì)結(jié)果作出科學(xué)合理的解釋(Tong, 2005 。微衛(wèi)星標(biāo)記技術(shù)能為鑒定種或種群和評(píng)估魚類遺傳多樣性提供依據(jù)，識(shí)別種內(nèi)個(gè)體遺傳差異度，并預(yù)測(cè)外來侵入種可能帶來的種群結(jié)構(gòu)上的影響。由于微衛(wèi)星側(cè)翼區(qū)相對(duì)保守，可采用微衛(wèi)星標(biāo)記進(jìn)行魚類種內(nèi)系統(tǒng)地理學(xué)(phylogeography研究。微衛(wèi)星遺傳標(biāo)記也可用于評(píng)估

16、養(yǎng)殖品種或轉(zhuǎn)基因魚類逃逸到天然水體對(duì)野生魚類的遺傳學(xué)影響，并對(duì)珍稀魚類或經(jīng)濟(jì)魚類的人工放流增殖工作提供指導(dǎo)，在魚類基因的中長期保護(hù)上發(fā)揮更大的作用。采用微衛(wèi)星遺傳標(biāo)記方法，可明確標(biāo)記位點(diǎn)與經(jīng)濟(jì)性狀基因的連鎖，建立精確的數(shù)量特征位點(diǎn)基因圖譜，通過標(biāo)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(xiàn)Adams B K and Hutchings J A. Microgeographic populationstructure of brook charr:A comparison of microsatellite andmark-recapture d

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