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汕头大学马洪雨教授团队成功建立快速鉴定短尾下目蟹类早期性别的分子技术
2018-12-31 23:38

 

一直以来,由于短尾下目蟹的染色体数目众多、形态较小,且进化历史较短、性染色体异形化不明显,故采用传统的染色体核型等方法难以发现性染色体,严重阻碍了科学家对性别决定机制的研究。近日,汕头大学理学院马洪雨教授团队率先筛选到短尾下目蟹类性别连锁基因位点,并成功建立快速鉴定早期性别的分子技术,完成了技术上的重大突破。

 

短尾下目隶属节肢动物门、甲壳(软甲)纲、十足目、腹胚亚目,全世界约4700种,我国约800种,包含物种如:三疣梭子蟹、青蟹、锈斑蟳、关公蟹、中华绒螯蟹等,是无脊椎动物中具有重要生态和经济价值的一个类别。关于性别的探讨一直是国际生命科学研究中最具吸引力和最热门的课题之一,然而,动物的性别决定机制却是多样化的,有些受遗传因素控制,有些则受环境因子影响。由于短尾下目在物种进化过程中具有承前启后的特殊地位,因此对其性别决定机制的研究尤为重要。

 

马洪雨教授团队以短尾下目的典型代表之一——青蟹为研究对象,采用全新的RAD-seq(Restriction-site associated DNA sequencing,简化基因组+二代基因组测序)方法对青蟹全基因组进行扫描,通过比较分析雌、雄拟穴青蟹个体间基因组水平的基因位点差异及大规模群体验证,最终鉴定到10个雌性连锁的SNP基因位点(图1),这些位点在雌性中均表现为双等位基因杂合,而在雄性中均表现为双等位基因纯合,提示拟穴青蟹的染色体性别决定机制为雌性异配、雄性同配的WZ/ZZ类型。进一步将这些SNP位点定位于高密度遗传图谱上,研究显示它们与性别决定区紧密连锁。为加强该技术在产业中的有效应用,还建立了基于PCR技术的快速鉴定遗传性别的分子方法(图2),并将该技术用于鉴定拟穴青蟹大眼幼体、I期仔蟹、II期仔蟹及紫螯青蟹和锯缘青蟹的性别,成功率达100%(图3)。同时,在紫螯青蟹和锯缘青蟹中分别鉴定到了9个和4个雌性连锁的SNP位点,提示紫螯青蟹和锯缘青蟹的性别决定机制同样是WZ/ZZ型。该研究成果为青蟹WZ/ZZ类型的性别决定机制提供了重要证据,为深入研究动物性别决定机制提供了新方法和新思路;对于揭示性染色体进化、物种起源与演化具有重要科学意义。同时,为开展青蟹性别控制、单性育种研究提供了第一手资料和技术支撑。

 

该研究得到了国家重点研发计划重点专项、“万人计划”高层次人才特殊支持项目、国家自然科学基金面上项目、广东省“扬帆计划”引进紧缺拔尖人才计划项目等资助。马来西亚登嘉楼大学、菲律宾国立大学、东南亚渔业发展中心(菲律宾)、中国水产科学研究院东海水产研究所等国内外专家参与了该研究。

 

主体论文发表在国际基因组学领域知名刊物BMC Genomics杂志上。博士研究生石西为第一作者,马洪雨教授为通讯作者,汕头大学为第一完成单位和第一通讯作者单位(Shi Xi, et al. 2018. Female-specific SNP markers provide insights into a WZ/ZZ sex determination system for mud crabs Scylla paramamosain, S. tranquebarica and S. serrata with a rapid method for genetic sex identification, BMC Genomics, 2018, 19: 981.)。

 

近年来,马洪雨教授团队在多项国家级和省部级项目资助下,围绕青蟹性别决定和性腺发育这一科学问题,采用基因组学、转录组学、遗传学及表观遗传学技术开展了较为系统和全面的研究。目前在全基因组测序和基因组图谱绘制、高密度遗传图谱构建与QTL定位、候选功能基因挖掘、小RNA转录后调控、转录本可变剪切等方面取得了重要进展。这些科研成果的取得有助于提高我校在全国乃至世界甲壳动物研究领域的知名度。

 

(理学院) 责编 吴斌