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深入开展海洋经济贝类遗传育种及其分子基础研究
2010-07-09 | 编辑:吴相云 | 【  】【打印】【关闭

喻子牛  海洋生物遗传学研究员。1962年生于湖南省湘潭市,1983年和1986年分别获湖南师范大学和山东大学学士和硕士学位,1997年获青岛海洋大学博士学位。曾在University of Delaware 和The State University of New Jersey从事贝类遗传学研究5年多。到目前为止已从事海洋生物遗传学与分子生物学研究26年,现任中国科学院南海海洋研究所研究员。目前研究方向:海洋动物(贝类为主)分子标记开发与应用、基因组连锁作图及基因组相关研究、群体遗传学、遗传育种学、分子生物学、分子系统学。主要通过分子生物学方法和技术开发微卫星(SSR)、AFLP、SNP等分子标记,应用于遗传多样性、群体遗传结构分析、遗传育种过程中遗传多样性变化的监测与评价、谱系分析与亲子鉴定、与性状相关分子标记的筛选鉴定等研究;通过群体选择和家系选择,结合分子标记技术,进行优良品种培育;采用多种分子标记进行家系的连锁分析,构建遗传连锁图,进行基因定位及比较基因组学研究;对与性状有关的基因进行克隆、表达分析,研究其功能和特征;通过线粒体基因组DNA测序,研究线粒体基因组的结构与变化、基因重排及其进化,并探讨各类群、种类间的系统关系和地位。多年来先后承担国家自然科学基金、国家“973”、“863”计划等重点项目,在国内外刊物共发表研究论文60多篇,其中SCI论文20余篇。

当前,对于具有重要经济意义的贝类养殖品种往往同时受到多个部门的关注。作为中科院海洋生物可持续利用重点实验室的一个创新团队,如何利用自身的软硬件优势,在海洋经济贝类可持续利用的研究中找到适合自身定位并有利于团队长远发展的研究方向,一直是我们努力探索的问题。

利用学科理论优势从根本上解决牡蛎的良种选育难题

牡蛎是一类重要的世界性经济贝类,广泛分布且被广泛养殖。然而,随着养殖规模的不断扩大,且伴随着养殖环境的逐步恶化,种质退化和养殖效率下降成为制约牡蛎养殖及可持续利用的突出问题。对此,本学科组结合自身在遗传学和分子生物学领域的学科优势,对牡蛎的分类学、群体遗传学、分子标记及系统发育等多个基础领域开展了全方位的研究,从根本上解决了困扰牡蛎良种繁育的瓶颈问题。

首先,我们查清了牡蛎生物多样性最高的华南沿海牡蛎的种类与分布,共采集了19个地点的1000余个牡蛎样本,采用形态特征和线粒体DNA 16S rRNA和COI两个基因片段进行了种类及分布研究。共鉴定出5个属、11种牡蛎,分别为:6种巨蛎属牡蛎:C. hongkongensis、C. sikamea、C. ariakensis、C. irelalei、C. angulata 和Crassostrea sp.;2个小蛎属牡蛎(超种):僧帽牡蛎(S. cucullata)超种中的-B、-D、-E和-F四种类型,咬齿牡蛎(S. mordax)超种的-A、-B和-C 三种类型;1种齿蛎属缘齿牡蛎(D. crenulifera);1种牡蛎属牡蛎:密鳞牡蛎(O. denselamellosa),1种舌骨牡蛎属牡蛎:中华牡蛎(P. sinensis)。区系地理研究表明,巨蛎属和小蛎属两个属的牡蛎种类不仅种类多,而且分布区域广泛,为牡蛎种质资源的研究和利用奠定了良好的分类学基础。同时,通过对Crassostrea sp.的形态和线粒体DNA的深入研究和与其它种类的系统比较,发现、确定其为一新种,为牡蛎种类研究和利用提供了新的资源。

鉴于牡蛎的贝壳形态可塑性很强,依靠外部形态有时很难区分具体种类,我们通过种间特异性酶切位点的多态性分析,筛选了16S rRNA和COI基因序列的内切酶组合,建立七种了巨蛎属牡蛎的PCR-RFLP分子鉴别方法,可一次同时鉴别七种巨蛎属牡蛎,解决了科研和生产中的实际问题,为牡蛎资源的深入研究和利用奠定了良好的分类学基础。七种牡蛎包括太平洋牡蛎(C. gigas)、葡萄牙牡蛎(C. angulata)、香港巨牡蛎(C. hongkongensis)、有明牡蛎(C. ariakensis)、熊本牡蛎(C. sikamea)、C. iredalei和Crassostrea sp.。同时,对钦州湾地区四种形态的牡蛎(马蹄蚝、牛耳蚝、菊花蚝和竹叶蚝)进行了线粒体16S rRNA和COI基因序列分析鉴定,表明这四种形态的牡蛎中,竹叶蚝和牛耳蚝实为香港巨牡蛎(C. hongkongensis),马蹄蚝和菊花蚝为有明牡蛎(C. ariakensis)。

在详细掌握了我国沿海牡蛎的分类学信息的基础上,我们为其中广泛养殖的品种开发出特定的分子遗传标记,并开展了深入的群体遗传学分析。我们利用太平洋牡蛎2万余个ESTs的序列,筛选出了300多个含有微卫星的序列,通过PAGE和银染在40多个个体上进行多态性定性、定量分析评估,开发了67个微卫星标记;用17个微卫星标记对巨蛎属的其他5种牡蛎(有明牡蛎C. ariakensis、熊本牡蛎 C. sikamea、葡萄牙牡蛎C. angulata、C. iredalei和Crassostrea sp.)进行了跨种扩增检验,结果显示13个微卫星标记可以在这些种类中不同程度地扩增,表明它们在近缘种类中具有一定程度的通用性和可转移性。采用部分基因组文库构建、顺磁颗粒-杂交富集法进行了香港巨牡蛎微卫星分子标记的开发,经过在群体中对其多态性进行了分析、定量评估,获得了14个多态微卫星标记。该研究系统地开发了EST-微卫星和gDNA微卫星标记,高效地获得了质量高的多态微卫星标记126个(数量为同种类目前最多);为精细的群体遗传结构分析和基因组作图等遗传学研究提供了优良的分子标记,也为巨蛎属种类的系统关系研究提供了丰富的分子标记。应用开发出的微卫星标记和线粒体COI基因测序分析方法对采自广东、广西的4-5个野生群体进行了遗传变异研究,通过群体遗传结构的调查研究及评估,掌握了其遗传结构发布及变异的多样性特点,发现和证实雷州半岛对两侧的香港巨牡蛎群体的基因交流有较明显的阻隔效应,为今后这两个地区的香港巨牡蛎养殖、种质管理和遗传育种提供了理论根据和指导。

深入开展贝类遗传育种及其性状的分子基础研究

海水经济贝类在养殖过程中存在许多亟待解决的问题,如种质退化、抗病性、抗逆性等。我们首次对华南沿海主要养殖的香港巨牡蛎进行了系统的育种研究,实施了群体选育和家系选育,为品种培育和产业发展提供了优质育种材料。收集了香港巨牡蛎为育种基础群体,用壳高/总体重为指标进行了混合选择,利用基础群体建立了对照群体;定期测量了壳高、壳长等形态数据,估算存活率、生长情况。采用单雌、单雄配对建立了10个香港巨牡蛎全同胞家系,用一雄分别和多个雌性配对建立了10个半同胞家系。各家系独立用孵化、培育;附着后挂牌标号,定期测量了壳高、壳长等形态数据,估算存活率、生长情况。

牡蛎抗病性状是牡蛎生产的重要遗传性状之一,我们在国际上率先利用AFLP标记在病害侵袭前后牡蛎家系的频率变化,结合基因组连锁分析技术,首次在牡蛎中定位了十几个数量/经济性状位点(QTLs),为牡蛎抗病品种的遗传选育提供了重要依据,奠定了牡蛎分子标记辅助育种的遗传基础。

采用Bioinformatics、cDNA文库、SSH文库和Real- time PCR等技术,研究了与了牡蛎和珠母贝某些生产性状有关的功能基因。分别筛选了牡蛎和珠母贝的盐度耐受性和马氏珠母贝免疫相关基因,其中太平洋牡蛎的Rieske蛋白cDNA基因全长985 bp,5’-和3’-UTR分别长35和161 bp,具有一个786 bp长、编码262个氨基酸的开放阅读框;导入大肠杆菌的原核表达显示该蛋白大小为30Kda;同源比较表明该蛋白具有[2Fe–2S]族配合基和信号肽酶酶切位点;对位排序检测到了2个六肽保守序列;组织的Real-time PCR表达分析显示,它在很多组织表达,其中在闭壳肌中最高,与其功能相匹配。同时,对高盐和低盐条件处理的香港巨牡蛎,以及细菌攻毒后的马氏珠母贝构建了多个SSH文库,对文库多个阳性克隆进行了测序和序列分析,获得了一批在上述条件上调表达的盐度耐受性和免疫相关候选基因,并对差异表达基因进行了RT-PCR表达分析;香港巨牡蛎和珠母贝的热休克蛋白HSP90基因、铁蛋白、金属硫蛋白等cDNA全长正在克隆和表达分析之中。

比较线粒体基因组学研究:贝类进化生物学研究的新方向

贝类作为动物界的第二大类群,有着极其丰富的物种多样性,分布于各种生态环境。有关贝类各类群之间的系统发育关系推断及其进化生物学研究从未间断。近年来,随着分子生物学及相关遗传标记的开发,极大地促进了贝类系统学与进化生物学研究。然而,寻找合适的用于贝类系统学研究的分子标记一直是目前正在努力解决的问题。我们实验室在这一领域较早地开展了相关研究,从线粒体基因组全序列的测定入手,相继开展了多个类群的比较基因组学、系统发育重建及线粒体基因组进化模式及进化机制等方面的研究,为该领域的深入发展提供了直接的数据支持和分析经验。同时,结合实验室的研究重点,我们从具有重要经济价值的种类出发,以点带面,在研究过程中总结并发现新的更有挑战性的研究方向,突出了本学科组立足实践、深入开展理论分析的研究模式特点。

我们首次对香港巨牡蛎等6种巨蛎属、两种小蛎属及一种牡蛎属牡蛎线粒体基因组进行了测序和结构分析,并将它与已测序的太平洋牡蛎和美洲牡蛎线粒体基因组进行了分析比较,阐释了种间基因顺序和基因组变异产生和演化途径/关系。同时,对栉孔扇贝、华贵栉孔扇贝及虾夷扇贝三种重要的经济养殖种类进行了线粒体基因组序列测定,在线粒体基因组结构上对它们进行了细致的比较和系统学解析,深入揭示了双壳类基因组多样的结构及其丰富的变异,并进行了相关的分子系统研究,阐明了他们可能的演化途径,为全面认识贝类线粒体基因组及其系统进化提供了更加丰富的数据和模型。与此同时,实验室目前已经完成了多种珍珠贝、贻贝、帘蛤等线粒体全序列的测定工作,并已经着手开展更多类群的测定与分析工作。我们相信,随着线粒体基因组学的继续深入开展,我们作为这一研究领域的重要成员,必将为贝类的系统发育及进化生物学研究作出更多的贡献。




























 
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