源于远缘杂交形成的同源四倍体鲤品系的生物学特性研究

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多倍体物种在植物中很常见,但在动物中却较少见,动物中的多倍体基本只出现在昆虫、两栖动物、爬行动物和硬骨鱼类中。通过远缘杂交技术可以建立一些两性可育的四倍体鱼品系,这对于鱼类遗传育种和生物进化的研究上具有重要意义。在鲤(Cyprinus carpio L.,2nCOC,2n=100)(♀)和团头鲂(Megalobrama amblycephala,2nBSB,2n=48)(♂)亚科间远缘杂交F1中首次形成了四种不同倍性的可育后代;我们将F1中的两种不同倍性的后代进行再次杂交,即以雌性异源四倍体鲤鲂(4n=148,简称为4nCB)为母本,以雄性同源二倍体类鲫(2n=100,简称为2nNCRC)为父本进行杂交,在其杂交后代中获得了染色体数目为200的同源四倍体鱼(4n=200,简称为4nNC)。目前我们建立了性状优良的同源四倍体鲤品系(4n=200,4nNC-F1-F4),该品系可作为核心亲本用以研制具有不育、生长速度快、肉质好等优点的新型三倍体鱼,同时为多倍体物种进化研究提供新的研究模型。本论文对同源四倍体鲤品系的外形特征、DNA含量、染色体数目、红细胞特征、性腺发育状况、5S rDNA以及Hox基因的遗传变异等生物学特性进行了系统研究,其研究结果如下:(1)在外形特征方面,4nNC-F1-F4绝大多数外形特征与原始亲本2nCOC和2nBSB相比具有显著差异,而与亲本4nCB和2nNCRC的这些外形特征则无明显差异(除有无口须这一性状外);如4nNC-F1-F4的可数性状(如侧线鳞数,鳍条数)与2nCOC和2nBSB相比较,绝大多数都有显著差异,而与4nCB和2nNCRC相比较,则无显著差异;其可量性状(如头高/体高,体高/体长等)与2nCOC和2nBSB相比较,绝大多数都有显著差异,而与4nCB和2nNCRC相比较,则无显著差异。(2)在DNA含量和染色体数目方面,结果显示:2nNCRC的平均DNA含量与2nCOC的无显著差异,4nCB的平均DNA含量与2nCOC和2nBSB的总和无显著差异,4nNC-F1-F4的平均DNA含量与2nCOC的两倍数无显著差异;通过统计200个染色体中期分裂相的染色体数目,结果显示4nNC-F1-F4中具有200条染色体,且均来源于原始亲本2nCOC。(3)在红细胞外观及核体积方面,4nNC-F1的红细胞平均核体积是2nCOC的两倍,且在4nNC-F1中发现了罕见的哑铃型双核红细胞,结果表明了4nNC-F1具有四倍体特性。(4)在性腺发育方面,对10月龄4nNC-F3的雄性和雌性个体的性腺结构进行观察,结果显示10月龄4nNC-F3雌性个体卵巢发育良好,同时具有II、III和IV时相卵母细胞存在,10月龄4nNC-F3雄性个体精巢含有大量成熟的精子,证明了同源四倍体鲤品系性腺发育正常且两性可育。(5)通过对5S rDNA和Hox基因DNA序列进行比较分析,结果显示4nNC-F1存在较多的遗传变异,包括重组型、母系特异型和父系特异型。这些结果为4nNC-F1的杂交提供了一个清晰的来源,清楚地反映了新建立的同源四倍体基因组的不稳定性。此外,对这些基因的DNA序列进行连续几代间(F1-F3)的遗传变异分析,揭示了4nNC的基因组结构正经历快速二倍化以保持四倍体的稳定。
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