微卫星标记在鱼类遗传育种研究及种质资源管理上的应用

1、农业生物技术学报Journal of Agricultural Biotechnology 2006,14(1:117121 *基金项目：江西省教育厅科技项目(No.JYTKJ0201 资助。张小谷：男，1967年生，博士研究生，副教授。*通讯作者。Author for correspondence. Tel E-mail:<收稿日期：2004-11-29接受日期：2005-10-18·综述·微卫星标记在鱼类遗传及育种研究中的应用*张小谷1,2童金苟3熊邦喜1*(1.华中农业大学水产学院，武汉430070；2. 九江学院生命科学学院，九江3

2、32000；3. 中国科学院水生生物研究所，武汉430072摘要：微卫星标记在鱼类遗传多样性、种群遗传结构分析、基因组作图等方面的研究中发挥着较大的作用，并逐渐应用到鱼类分类、亲本鉴定及资源保护与育种等工作中。关键词：微卫星标记；遗传多样性；育种；鱼类中图分类号:S188文献标识码:A文章编号: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在各种分子遗传标记中，微卫星(microsatelliteDNA 标记技术受到许多研究者的青睐。微卫星又称短序列串联重复(shorttandem repeats, STR 或简单序列重复(simplesequence repeats, SSR ，其核心序列(coresequence 因有丝分裂或减数分裂过程中同源卫星DNA 间的不等交换或复制过程中DNA 滑动重复数高度可变，重复

5、序列长几到几百碱基对，形成每个座位上的多态性，而侧翼序列(flankingse-quence 相对保守。微卫星标记在鱼类研究上的应用始于20世纪90年代初(Goff1992；Estoup 1993 。近年来，微卫星标记在鱼类研究上已取得较大进展。本文试图对微卫星标记技术在鱼类遗传研究、资源保护及育种上的应用作一综述。1微卫星标记在鱼类遗传学基础研究上的意义1.1物种遗传多样性分析在遗传多样性研究中，微卫星分子标记比较适用于亲源关系很近的物种遗传分析，采用微卫星研究鱼类遗传多样性有较多报道。近几年，进行了微卫星多态座位描述的鱼类主要有大西洋鲟(2002； 、罗非鱼(Carleton2002 、哲

6、罗鱼(梁利群等, 2004 、红点鲑(2005 、海鲈(D(Chistiakov, 2004 、鲤鱼(Yueand Orban, 2002 、厚唇鲃(2001 等。研究表明鱼类微卫星遗传多样性依淡水、溯河、海洋趋向增强，这可能与海洋具有大而连续的自然环境相关，反映了海洋鱼类的有效种群有更多个体。1.2种群遗传结构分析农业生物技术学报2006年利用微卫星DNA 孟德尔遗传模式及共显性特征，通过分析微卫星座位等位基因类型、频率及组合方式，确定群体的遗传杂合度、遗传距离等，进一步描述种群的遗传结构，比较群体遗传结构差异与水体地理结构差异，分析群体间基因流动状况，可应用于鱼类地理区划。运用微卫星标记研

7、究美国西北部鲑鱼(遗传学种群结构表明，至少存在着3个具遗传结构差异的群体：沿海群体、Snake 河群体和Columbia 河上游群体(Spruell2003 。通过研究爱尔兰的大西洋鲑(Wennevik2004 、北美西部沿海的太平洋细齿鲑(McLeanand Taylor,2001 、加拿大的溪红点鲑(Adamsand Hutchings, 2003 等微卫星位点，检测群体内及群体间的遗传多态性，显示群体遗传结构差异与水体地理结构差异相一致，表明微卫星标记是确定真正的生物学群体单元的有效工具。对日本鳀(微卫星座位进行种群遗传结构分析，发现在不同地理种群间表现出明显的种群差异，而在临时性种群间

8、没有明显的种群差异(Yu, 2002 。群体微卫星多态差异研究的主要鱼类还有唇指鲈(and Smolenski, 2003 、真鲷(2003 、鳕鱼(Reill ,2004 、大菱鲆(L.(Nielsen2004 、鲶鱼(Triantafyllidis2002 等。由于生态环境的恶化，一些野生鱼类正在消失，或由于长期人工引种、驯化和杂交，养殖鱼类品系之间变得很难区分。采用微卫星标记技术，结合形态学特点，能够准确地确定鱼类的品系，加强对鱼类种质资源的管理与保护。研究表明，运用微卫星遗传标记分析技术，能精确地评估加拿大Nass 河与Fraser 河内硬头鳟(遗传多样性及种群结构，达到渔业保护性管理

9、与利用的目的(Beacham2004 。通过微卫星多态座位研究人工繁殖群体与野生产卵群体的遗传差异，可分析人工繁殖群体对野生群体基因流动的动态影响(Wasand Wenne, 2002；Bartfai 2003 。微卫星研究表明，过度捕捞导致新西兰真鲷群体遗传多样性的衰退，危及种群的适应性和持续生产能力(Hauser2002 。1.3基因组作图在生物染色体中存在的大量简单重复序列可作为构建遗传学图谱的标记。利用微卫星标记，可进行基因遗传连锁分析，建立适当密度的SSR 标记的遗传连锁图。基因组作图工作在斑马鱼(L. 、罗非鱼、鲤鱼、鳟鱼等鱼类的研究较为充分，采用2000个(CA重复片段的微卫星标

10、记位点构建的斑马鱼遗传图谱精度达0.74Mbase/cM(Shi-moda1999 ，已构建的具50个连锁组的鲤鱼遗传连锁图共有262个SSR 标记位点(孙效文和梁利群, 2000 。以微卫星标记为基础构建的斑点叉尾鮰(的遗传连锁图，293个微卫星标记位点间的平均距离为8.7cM ，其中有7个座位与性别决定位点紧密关联(Waldbieser2001 。在应用微卫星标记研究不同水体人工培育的眼斑拟石首鱼(仔鱼和幼鱼遗传多样性时，将微卫星标记运用于遗传作图(OMalley 2003 。参照正常二倍体雄鱼与纯合克隆雌鱼杂交F 1代连锁关系，运用微卫星标记构建的香鱼(遗传连锁图覆盖1659.6cM 图

11、距(Watanabe, 2004 。2微卫星标记在鱼类资源保护和育种研究上的应用与前景2.1个体识别通过微卫星多态标记区分不同群体，评估其多态座位基因型信息，可有效地发挥微卫星标记在分辨个体所属群体方面的潜力。通过建立ANN(artifi-cial neural networks 数学模型进行微卫星标记位点分析，区分同种鱼的不同群体，辨别鱼类个体所属群体。研究表明微卫星标记个体识别方法可能成为鱼类生物学研究的标准工具。我国利用微卫星引物对放流后回捕的中华鲟( 个体DNA 进行PCR 扩增，并对亲鱼样本进行了有效的个体区分，监测人工放流对中华鲟遗传多样性的影响，为长期的生物多样性保护工作提供科学

12、依据(朱滨等, 1999 。2.2亲本鉴定研究表明，运用微卫星标记技术可确定同一种群鱼类个体间的亲子关系。在香鱼人工诱导雌核发育二倍体的染色体工程技术中，应用微卫星DNA 检测技术鉴定香鱼不同类型的二倍体后代，确定被检测的克隆香鱼的父本及母本群体(董仕和Taniguchi, 2003 ，研究上还可通过微卫星等位基因纯合率判定雌核发育的欧洲海鲈无性繁殖系的建立(Bertotto2005 。实践中，应用微卫星标记，确118第1期张小谷等：微卫星标记在鱼类遗传及育种研究中的应用定牙鲆(亲体，评估人工繁殖群体与自然群体的多态性差异(Haraand Sekino, 2003 ；评估Fourmile 河3

13、个不同区域采集的太阳鱼(自然群体的亲体(Mackiewicz2002 ；确定条纹镖鲈(亲子关系，分析雄鱼吸引雌鱼的繁殖行为成功的原因(Porter2002 。通过研究丽鱼科鱼类微卫星座位，阐明Tanganyika 湖丽鱼科自然栖息水域鱼类亲子关系，或人工育种亲本与杂交单倍体F 1间的遗传关系(Taylor2002 。在渔业上，通过微卫星标记进行鱼类亲本鉴定，确定繁殖群体结构，评估渔业产量，有利于加强对种质资源的管理，提高渔业效益。2.3辅助育种利用微卫星标记技术，能追踪养殖鱼类品系基因来源，辅助鱼种选育工作，最终建立以DNA 分子标记为选择手段的新一代育种技术。利用微卫星标记构建硬头鳟回交家系

14、连锁图谱，确定与抗传染性胰脏坏死病性状相结合的数量特征位点，分析复杂品系的遗传差异，这种标记辅助选育(marker-assist-ed selection, MAS 研究将给鱼类育种带来经济利益。对锦鲤不同品系不同人工雌核发育家系个体微卫星多态座位的分析，结果表明锦鲤品系基因组来源复杂，基因高度杂合，微卫星分子标记为进行锦鲤分子标记育种提供了理想的工具(刘静霞等, 2002 。3存在的问题与应用前景微卫星标记技术作为一种分子遗传标记方法，要在鱼类遗传育种中发挥巨大作用，还有大量的基础工作有待完成。主要问题是：在对一个新物种作SSR 标记时需要通过克隆建立其基因文库。尽管利用近缘种部分微卫星座位

15、引物序列的方法有时可行(Tong2002 ，但大多数情况下异种扩增可能无效，因为并不是所有鱼类的微卫星侧翼序列都具有足够的保守性。当前，首要任务是优化其检测方法，提高检测速度，节省时间和材料成本，构建各物种、种群或品种适当密度的微卫星标记的遗传连锁图。同时，改进统计与分析方法，发现其内在规律，并对结果作出科学合理的解释(Tong, 2005 。微卫星标记技术能为鉴定种或种群和评估鱼类遗传多样性提供依据，识别种内个体遗传差异度，并预测外来侵入种可能带来的种群结构上的影响。由于微卫星侧翼区相对保守，可采用微卫星标记进行鱼类种内系统地理学(phylogeography研究。微卫星遗传标记也可用于评估

16、养殖品种或转基因鱼类逃逸到天然水体对野生鱼类的遗传学影响，并对珍稀鱼类或经济鱼类的人工放流增殖工作提供指导，在鱼类基因的中长期保护上发挥更大的作用。采用微卫星遗传标记方法，可明确标记位点与经济性状基因的连锁，建立精确的数量特征位点基因图谱，通过标记辅助选择的方法提高育种效率(Erico2005 ，培育渔业优良品种，提高养殖生产力。参考文献Adams B K and Hutchings J A. Microgeographic populationstructure of brook charr:A comparison of microsatellite andmark-recapture d

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