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虾夷扇贝EST-SSR标记在栉孔扇贝中的通用性研究*

2018-08-31张广明孙秀俊杨爱国刘志鸿周丽青刘寒苗

渔业科学进展 2018年4期
关键词:通用性微卫星扇贝

张广明 孙秀俊 吴 彪 杨爱国 刘志鸿 周丽青 刘寒苗 赵 庆



虾夷扇贝EST-SSR标记在栉孔扇贝中的通用性研究*

张广明1,2,3孙秀俊1,2吴 彪1,2杨爱国1,2①刘志鸿1,2周丽青1,2刘寒苗1,2,3赵 庆1,2,3

(1. 农业农村部海洋渔业可持续发展重点实验室 中国水产科学研究院黄海水产研究所 青岛 266071; 2. 青岛海洋科学与技术试点国家实验室海洋渔业科学与食物产出过程功能实验室 青岛 266071; 3. 上海海洋大学水产与生命学院 上海 201306)

为研究虾夷扇贝()和栉孔扇贝()的群体遗传多样性并分析其亲缘关系,对在虾夷扇贝中开发的60个EST-SSR位点在栉孔扇贝中的通用性进行了研究。结果显示,21个位点可在栉孔扇贝中扩增出特异性条带,通用性比例达35.00%,其中,17个位点具有多态性,多态性比例达28.33%。在虾夷扇贝和栉孔扇贝群体中,平均等位基因数(N)分别为2.7647和2.3529;平均有效等位基因数(N)分别为1.9487和1.6350;平均观测杂合度(H)为0.6314和0.3333;平均期望杂合度(H)为0.4569和0.3139;平均多态信息含量(PIC)为0.3726和0.2597;Nei's (1973)基因多样性指数()分别为0.4493和0.3087;Shannon信息指数分别为0.7176和0.5041;固定指数(F)检测发现,7个位点偏离了Hardy-Weinberg平衡;遗传分化系数(F)为0.2398。本研究开发的21对通用性EST-SSR标记,为进一步开展虾夷扇贝和栉孔扇贝遗传多样性分析、分子辅助育种、基因发掘和种质资源评价奠定了基础。

虾夷扇贝;栉孔扇贝;EST-SSRs;微卫星;多态性;通用性

栉孔扇贝()主要分布于我国北方近海、日本、韩国和俄罗斯等沿海。随着养殖规模的扩大,出现了养殖产量下降和病害频发等问题(王如才等, 2004)。而虾夷扇贝()属冷水性双壳贝类,原产于日本北海道及本洲北部、俄罗斯千岛群岛的南部海域及朝鲜附近(常亚青等, 2008; 杨爱国等, 2004)。近年来,随着养殖规模的扩大,虾夷扇贝养殖群体出现了苗种成活率低、成体小型化、高死亡率和病害频发等问题(张明明等, 2008; 杨培民等, 2007; 李云峰等, 2011)。虾夷扇贝和栉孔扇贝在育苗和养殖上均遇到了瓶颈和无法单独解决的难题,而应用遗传学手段进行良种培育,选育抗病、抗逆和生长快的新品种(品系)是实现扇贝养殖业可持续发展的有效途径(Li, 2005)。

EST-SSR侧翼序列在物种之间高度保守,因此,EST-SSR引物可在物种之间通用。种间通用性分子标记作为重要的遗传学研究工具,对种间进化关系研究、种间比较作图、通用性遗传图谱构建等具有重要的意义(王晓涧, 2012)。虾夷扇贝和栉孔扇贝标记开发及应用的工作已有大量研究,现已有ISSR技术 (吕振明, 2006; 何斌等, 2007)、RAPD技术(滕丽莉等, 2005)、SRAP技术(程宁宁等, 2009)和AFLP技术 (于涛等, 2011)研究了虾夷扇贝、栉孔扇贝的遗传特性,但由于操作复杂或准确率低等缺点限制了分子标记的进一步发展,而基因组EST(表达序列标签,Expressed Sequence Tags,ESTs)兼具基因组微卫星标记的孟德尔遗传共显性的遗传特征和直接标记功能基因的优点,同时,相比其他分子标记,可靠性更高,且扩增的目标序列在基因的编码区开发成本较低,遗传信息含量丰富等优点(刘芳,2006)。因此,本研究对60对虾夷扇贝EST引物在栉孔扇贝基因组中的通用性进行了分析,对栉孔扇贝和虾夷扇贝的群体遗传多样性和群体遗传结构进行了分析,以期为进一步的分子辅助育种提供理论依据。

1 材料和方法

1.1 材料

虾夷扇贝(壳长为 10~12 cm)和栉孔扇贝(壳长为7~8 cm)均于2015年6月取自山东烟台长岛养殖区,从2个群体中分别随机选取30个个体作为研究材料,活体运回实验室,–80℃保存备用。

1.2 引物的设计与合成

从已发表的文献(Zhang, 2016; Sun, 2016)中选择多态性高且扩增效果好的60对虾夷扇贝微卫星引物,引物由生工生物工程(上海)有限公司合成。

1.3 模板DNA的制备

模板DNA提取自扇贝的闭壳肌。取其闭壳肌组织100 mg剪碎,加入500 μl匀浆缓冲液(10 mmol/L Tris-HCl,pH 8.0;100 mmol/L EDTA,pH 8.0),混匀后加入终浓度为0.5%的SDS和50 μg/ml的蛋白酶K,55℃消化 3 h,然后分别用等体积的酚∶氯仿(1:1),氯仿∶异戊醇(24:1)抽提,2倍体积乙醇沉淀,ddH2O溶解。基因组DNA浓度由GENEQUANTpro (Eppendorf) RNA/DNA分析定量仪和琼脂糖凝胶电泳检测其质量。模板DNA用灭菌的超纯水稀释成50 ng/μl,–20℃保存备用。

1.4 PCR扩增与电泳检验

PCR反应体系总体积为10 µl,包括10×Buffer 1 µl、Mg2+(25 mmol/L)0.6 µl、dNTPs (各2 mmol/L) 1 μl、上下游引物(10 μmol/L)各1μl、模板DNA 1μl、DNA聚合酶(Promega) 0.5 U,加超纯水补足10 µl。反应在Eppendorf扩增仪上进行。PCR反应程序: 95℃预变性2 min,然后95℃ 45 s,退火45 s,72℃延伸45 s,共35个循环;最后72℃延伸10 min。扩增产物在 1%的琼脂糖凝胶上电泳进行预检测,然后在8%的变性聚丙烯酰氨凝胶上进行电泳分离,电泳结果银染显色。待凝胶干燥后使用扫描仪记录电泳图谱。

1.5 数据统计与分析

根据每个个体产生的条带位置确定其基因型,利用Cervus 3.0软件计算多态信息含量(Polymorphism information content, PIC)、观测杂合度(Observed heterozygosity,H)、期望杂合度(Expected heterozygosity, H)、等位基因数(Number of allele,N)、有效等位基因数(Effective number of allele,N)、Nei群体间的相似性系数和群体间遗传距离以及统计量进行遗传多样性的分析,统计显著性水平用Bonferroni校正。

有效等位基因数:

式中,p为第个等位基因的频率。

多态信息含量的计算方法:

式中,为等位基因数目,pp分别为第和第个等位基因的频率。

平均杂合度观测值:H= 观察到的杂合个体总数/观察到的个体总数;

固定指数(F):F=1 – (o/e)

-统计量(F):F= σ2/(1 –)

式中,为某等位基因在整个群体中的平均频率; σ2为该等位基因在分群体之间的方差。

Nei群体间的相似性系数:

式中,XY分别为和群体第个位点的等位基因频率。

Nei群体间遗传距离:

D= –ln

加上偏差矫正后为:

式中,XY分别为和群体第个位点的等

位基因频率。

2 结果

2.1 扇贝属间通用性引物的筛选

将60对虾夷扇贝微卫星引物在虾夷扇贝和栉孔扇贝基因组DNA中进行PCR扩增。根据电泳条带优化反应条件,调整退火温度及时间,最终有21对引物可稳定扩增,条带之间较为清晰,引物通用性比例达35.00%,其中,17对引物的扩增产物具有多态性,占总数的28.33%(表1)。

表1 在虾夷扇贝和栉孔扇贝基因组中扩增出多态性条带的17对EST-SSRs

Tab.1 Seventeen polymorphic EST-SSRs were amplified from the genomes of the scallops P. yessoensis and C. farreri.

2.2 群体遗传结构

17对EST引物在虾夷扇贝、栉孔扇贝群体中均能检测到较高的多态性,但多态性水平有所不同(表2)。虾夷扇贝、栉孔扇贝群体等位基因数变化范围都为2.00~4.00,平均等位基因数(N)分别为2.7647和2.3529;平均有效等位基因数(N)分别为1.9487和1.6350;观测杂合度(H)范围为0.0667~0.9667和0~0.9667,平均为0.6314和0.3333;期望杂合度(H)范围为0.1588~ 0.6576和0.0333~0.6672,平均为0.4569和0.3139;多态信息含量(PIC)范围为 0.1500~0.5724 和 0.0323~ 0.5814,平均为0.3726和0.2597。

表2 17个EST-SSR位点在虾夷扇贝、栉孔扇贝各30个个体中的遗传特征

Tab.2 Characterization of 17 EST-SSRs in 30 scallops P. yessoensis and C. farreri

F1:虾夷扇贝群体;F2:栉孔扇贝群体。统计显著性水平用Bonferroni校正(Rice, 1989;=17),*:<0.05;**:<0.01

F1:; F2:. Table-wide significance levels were applied, using the sequential Bonferroni technique (Rice, 1989;=17), *:<0.05; **:<0.01

2.3 扇贝群体遗传变异性分析

虾夷扇贝和栉孔扇贝群体遗传结构变化和21对EST引物在2个群体内偏离Hardy-Weinberg平衡程度见表2。从表2可以看出,从F参数看,2个群体中7对引物偏离Hardy-Weinberg平衡,其中,位点comp88965_c0在2个群体中均偏离了Hardy-Weinberg平衡。从-检验的数据来看(表 3),配对比较F值(F<0.05)。通过17对微卫星位点计算总的遗传分化系数(F)为0.2398,表明有23.98%的遗传变异来自于群体之间,76.02%来自个体之间。此外,对F值的计算表明,除了comp100440_c1、contig_963940和contig_988858的F>0,其他14个位点F<0,呈现杂合子过剩状态。2个扇贝群体在comp91359_c0、comp100440_c1、comp91909_c0、contig_1217920、contig_1443641、contig_293601、contig_963940、contig_ 915269、contig_763705、contig_988858 10个引物呈现一定程度的杂合子缺失。

表3 扇贝2个群体17个微卫星位点的-检验分析

Tab.3 F-statistics for two scallop populations at seventeen microsatellite loci

3 讨论

3.1 虾夷扇贝EST-SSR位点的通用性研究

EST-SSR标记来源于基因的编码区,具有开发成本低、信息含量丰富、扩增效率高等优点(Wang, 2009; 李云峰等, 2011)。本研究从虾夷扇贝的EST文库中分离和筛选了60对多态性位点,多态性比例达40.0%,这与太平洋牡蛎()EST-SSR的多态性比例相似(王艳红等, 2007)。而刘博等(2011)研究表明,缢蛏()EST-SSR的多态性比例达35.0%,与本研究结果基本一致。由于微卫星侧翼序列在种间或属间有高度保守性,因此,开发通用性位点应用于近源物种成为可能。有学者研究表明,文蛤()微卫星引物在彩虹明樱蛤()和青蛤()的引物通用性分别为10.3%和6.9%(李晓英等, 2010),美洲紫海胆()EST-SSR在光棘球海胆()中的引物通用性为22.50% (李晶晶,2008)。而本研究中,虾夷扇贝EST-SSR在栉孔扇贝中的引物通用性比例达35.00%,这与杨璞等(2008)和李晓英等(2010)的研究结果相一致,但低于栉孔扇贝 cSNP 引物在虾夷扇贝中52.27%的通用性比例(李晶晶, 2008),原因可能是SNP标记相比SSR重复序列具有更高的遗传稳定性,且更容易对数据进行自动化和规模化分析,王晓涧等(2012)的研究结果与本研究结果相一致。

3.2 虾夷扇贝EST-SSR位点的开发及群体遗传多样性分析

本研究中2个扇贝群体中的F大部分为负值,表明这些基因座存在远交或杂交现象,2个种群均处于杂合度过剩状态,这可能是纯合致死或是群体内自然选择引起的(张海滨, 2005; 王宇等, 2012)。Hardy- Weinberg平衡和多态性信息含量是经常用来衡量群体遗传结构变异程度高低的重要参数。本研究发现,有7个位点偏离了平衡,可能是人为因素的干扰,导致种群内基因缺失造成杂合子缺失。其中,6个位点为高度多态性基因座(PIC>0.5),占总位点数的35.29%;11个位点为中度多态性基因座(0.25H和H分别为0.6314和0.4569,高于在栉孔扇贝群体中的H(0.3333)和o(0.3139),由此可知,虾夷扇贝群体的遗传多样性略高于栉孔扇贝群体。同时,这组数据高于利用AFLP研究不同地理群体虾夷扇贝遗传多样性的平均杂合度,可能是SSR比AFLP技术更加灵敏导致,刘芳(2006)、薛明等(2006)的研究也说明这一点。

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(编辑 陈严)

Transferability of EST-SSR frominto

ZHANG Guangming1,2,3, SUN Xiujun1,2, WU Biao1,2, YANG Aiguo1,2①, LIU Zhihong1,2, ZHOU Liqing1,2, LIU Hanmiao1,2,3, ZHAO Qing1,2,3

(1. Key Laboratory of Sustainable Development of Marine Fisheries, Ministry of Agriculture and Rural Affairs, Yellow Sea Fisheries Research Institute, Chinese Academy of Fishery Sciences, Qingdao 266071; 2. Laboratory for Marine Fisheries Science and Food Production Processes, Pilot National Laboratory for Marine Science and Technology (Qingdao), Qingdao 266071; 3. College of Fisheries and Life Science, Shanghai Ocean University, Shanghai 201306)

In this study, expressed sequence tag (EST)-SSR markers were developed to investigate the genetic relationship between two commercially important scallop species, Yesso scallopand Zhikong scallopA total of 60 EST-SSRs previously developed fromwere selected, and their cross-species amplification inwas analyzed. As a result, 21 pairs of EST-SSR primers showed unique PCR products. The interspecies transferability was calculated to be 35.00%. Among the 21 EST-SSR primers, 17 were polymorphic in the studied populations, which resulted in 28.33% transferability. In the two populations ofand, the number of alleles ranged from 2.00 to 4.00, with mean allele numbers of 2.7647 and 2.3529, respectively. The mean effective number of alleles was estimated to be 1.9487 and 1.6350, while the mean observed heterozygosity was 0.6314 and 0.3333, respectively. Similar to the observed heterozygosity, the mean expected heterozygosity was higher in(0.4569) than in(0.3139). For the two populations, the diversity index was consistently higher inthan inThe mean polymorphism information content was estimated to be 0.3726 and 0.2597, and Nei’s (1973) genediversity index was calculated to be 0.4493 and 0.3087, respectively. Furthermore, Shannon’s information index in the two populations was 0.7176 and 0.5041, respectively. The genetic identity between the two species was calculated to be 0.619, with a high genetic divergence between them (0.480). Among the polymorphic markers, seven loci significantly deviated from the Hardy-Weinberg equilibrium according to the average fixation index (F). The genetic differentiation index (F) between the two populations was estimated to be 0.2398. The EST-SSR markers developed for cross-species amplification ofandare important resources for the study of genetic diversity, marker-assisted breeding, gene discovery, and genetic evaluation of germplasm resources.

;; EST-SSRs; Microsatellites; Polymorphism; Transferability

YANG Aiguo, E-mail: yangag@ysfri.ac.cn

10.19663/j.issn2095-9869.20170503002

S968.31

A

2095-9869(2018)04-0139-08

* 国家自然科学基金(31602153)、青岛海洋科学与技术国家实验室海洋渔业科学与食物产出过程功能实验室开放基金 (2016LMFS-B02)、海水养殖教育部重点实验室开放基金(KLM2018004)和山东省自然科学基金(ZR2016CQ32)共同资助[This work was supported by National Natural Science Foundation of China (31602153), Laboratory for Marine Fisheries Science and Food Production Processes, Qingdao National Laboratory for Marine Science and Technology, P. R. China (2016LMFS-B02), the Key Laboratory of Mariculture, Ministry of Education, Ocean University of China (KLM2018004), and Natural Science Foundation of Shandong Province (ZR2016CQ32)]. 张广明,E-mail: zgm985623@163.com

杨爱国,研究员,E-mail: yangag@ysfri.ac.cn

2017-05-03,

2017-05-16

张广明, 孙秀俊, 吴彪, 杨爱国, 刘志鸿, 周丽青, 刘寒苗, 赵庆. 虾夷扇贝EST-SSR标记在栉孔扇贝中的通用性研究. 渔业科学进展, 2018, 39(4): 139–146

Zhang GM, Sun XJ, Wu B, Yang AG, Liu ZH, Zhou LQ, Liu HM, Zhao Q. Transferability of EST-SSR frominto. Progress in Fishery Sciences, 2018, 39(4): 139–146

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