多倍体银鲫独特的单性和有性双重生殖方式的遗传基础研究
| 项目名称： | 多倍体银鲫独特的单性和有性双重生殖方式的遗传基础研究 |
| 推荐单位： | 中国科学院 |
| 项目简介： | 项目属水产学的水产学基础学科。 自美国鱼类学家Hubbs等1932年发现单性鱼Poecilia formosa以来，迄今已在鱼类、两栖类和爬行类大约90种动物中报道了全雌性种群。几十年来，虽已发现可采用雌核生殖、杂种生殖或孤雌生殖等单性生殖方式繁衍后代，但它们如何突破有害突变积累的齿轮效应和如何获得遗传多样性以适应多变的环境一直是进化生物学的两大难题。然而，一些单性动物既具有长期的进化历史，又存在遗传多样性。已故英国皇家学会会士Maynard Smith曾预言，这些例外的单性动物将能为性别的起源和保持提供透彻的见解。 本项目在揭示银鲫(Carassius auratus gibelio)既可进行单性雌核生殖又存在少量雄性的前提下，通过探究雄性个体对种群有什么贡献和其贡献是否与其克隆多样性有关这两个关键问题，建立了适于区分银鲫克隆系的遗传标记，首次发现多倍体银鲫具有独特的单性生殖和有性生殖双重生殖方式，为解答单性动物面临的进化遗传学难题提供了一个独特事例；揭示银鲫存在基因组、染色体或染色体片段渗入现象，鉴定出具有不同染色体数、核型和DNA含量的克隆系；创建了筛选银鲫生殖相关基因的研究体系，开拓了单性生殖动物和养殖鱼类生殖相关基因鉴定和功能研究的新方向。 项目共发表论文65篇，其中SCI刊源论文37篇，论著1部；论文他引521次，SCI期刊他引252次；8篇代表论文SCI他引128次,单篇最高SCI他引35次。主要发现点和成果被国际权威在10本专著、16篇学科年鉴和综述中引用和评述，引导出30多个国家学者的跟踪研究，解答了单性动物遗传多样性和长期存在的生殖机制，获得了对单性生殖动物进化遗传学研究的新见解。如美国科学院院士Avise在专著中评价道："银鲫雄性个体引入到其它克隆群体的重组遗传变异可能有重要的生态学意义"；"正是银鲫提供了第一个被证明了的例子"。法国知名教授Mellinger在专著中给出了"已用实验坚信银鲫采用了两种生殖方式"的评价。美国科学院院士Wake等参与完成的论文也有评价说："这种基因组的多样性和可塑性及其复合系统中有性和无性生殖的相互作用使得这些动物成为解答众多进化生物学难题的理想系统"。美国Schlupp教授在年鉴综述中指出："最近的一个报道指明这个雌核生殖物种也能有性生殖"。有关转铁蛋白多态性研究，张亚平院士等认为"杨和桂（2004）揭示的这些特征有力表明平衡选择在长期维持鲫转铁蛋白高度的多态性中起了重要作用"；波兰Jurecka教授和加拿大皇家学会会士Belosevic等也评价说："通过进化发生正选择的核苷酸区域已被鉴定，支持转铁蛋白的抗病原作用"。对于筛选银鲫生殖相关基因研究体系，美国Denslow教授等评价其"已成功地使用了这一技术途径"。首次纯化鉴定的C-型凝集素，被多国学者评价其 "有阻止多精受精和抵御病原的作用"，"在卵子发育中起了重要作用"。 本项目还解决了我国银鲫大规模养殖实践中出现的问题，依据发现提出的银鲫苗种生产方案，已被国家水产技术主管部门采纳和推广，取得了重大的社会经济效益。 |
| 主要完成人： | 桂建芳 提出研究总体思路和方案，组织实施项目研究工作，指导和参与当时在读博士研究生进行研究设计、实验、和论文写作。8篇代表论文的第一作者全为当时在读的博士研究生，本人是全部8篇代表论文的通讯作者。通过这些研究，建立了区分银鲫不同克隆系的遗传标记，发现了银鲫具有独特的单性生殖和有性生殖双重生殖方式；提出银鲫克隆系间染色体数和核型的多态性以及基因组、染色体或染色体片段渗入现象；创建了筛选鉴定银鲫生殖相关基因的研究体系。本项研究占本人工作量的80%以上。 周莉 建立了适于区分银鲫不同克隆系的SCAR等分子标记，揭示银鲫不同克隆系间染色体数和核型的多态性，并对不同克隆系间的繁育组合和对其所获后代进行遗传和核型分析，首次在雌核生殖银鲫中揭示出有性生殖的遗传证据。是代表论文1和3的第一作者，是重要发现点1和2的主要完成者之一。本项研究占本人工作量的100%。 杨林 建立了适于区分银鲫不同克隆系的转铁蛋白生化标记，通过比较分析银鲫和鲫10个转铁蛋白等位基因的编码区序列证实了重组的发生，共检测到26个重组事件；通过扫描和信息位点分析还鉴定出部分嵌合序列和转换点；揭示出正选择、平衡选择和银鲫生态适应性的分子机制。是代表论文2的第一作者，是重要发现点1的主要完成者之一。本项研究占当时本人工作量的100%。 刘静霞 建立了通过消减杂交呈现银鲫卵子发生和早期胚胎发育期间差异表达基因的研究技术路线，筛选到一些涉及卵母细胞成熟、卵子受精和早期胚胎发育过程的重要基因。首次在雌核生殖银鲫中证明CNBP与滤泡和卵子发生有关。是代表论文8的第一作者，是重要发现点3的主要完成者之一。本项研究占当时本人工作量的100%。 朱华平 从人工操作或不同克隆间的交配实验中观察到银鲫中存在基因组、染色体或染色体片段渗入的现象，证实了银鲫的三倍体起源，揭示出鲤鱼染色体组整入银鲫基因组的证据。是代表论文5的第一作者，是重要发现点2的主要完成者之一。本项研究占当时本人工作量的100%。 |
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