鳙異源雌核發(fā)育子代的形態(tài)學研究

徐永福，王金龍,,3，伍遠安，李傳武，何志剛，王衛(wèi)民

(1.湖南省水產(chǎn)科學研究所,長沙　410153；

2.華中農(nóng)業(yè)大學水產(chǎn)學院,武漢　430070

3.水產(chǎn)高效健康生產(chǎn)湖南省協(xié)同創(chuàng)新中心，湖南常德　415000)

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鳙異源雌核發(fā)育子代的形態(tài)學研究

徐永福1，王金龍1,2,3，伍遠安1，李傳武1，何志剛1，王衛(wèi)民2

(1.湖南省水產(chǎn)科學研究所,長沙410153；

2.華中農(nóng)業(yè)大學水產(chǎn)學院,武漢430070

3.水產(chǎn)高效健康生產(chǎn)湖南省協(xié)同創(chuàng)新中心，湖南常德415000)

摘要：本研究在已成功利用鳙(Aristichthys nobilis)(♀)×興國紅鯉(Cyprinus carpio Var.Xingguo)(♂)遠緣雜交誘導鳙異源雌核發(fā)育的基礎上，測定了鳙異源雌核發(fā)育子代及其母本鳙和父本興國紅鯉3組實驗魚的7項可量性狀，計算其框架系數(shù)，并采用單因素方差分析、判別分析、主成分分析和聚類分析對三組魚框架系數(shù)的差異和距離進行了分析。結(jié)果顯示3組魚多項框架系數(shù)間均具顯著差異，雌核發(fā)育子代較母本表現(xiàn)為體型更高，頭更長。判別分析能將3組魚明顯判別分為3個區(qū)域，其中雌核發(fā)育子代和興國紅鯉的判別準確率均為100%，母本鳙群體判別準確率為94.4%，總判別準確率為97.9%。主成分分析結(jié)果顯示，可提取2個主成分，其中主成分1能解釋64.504%的變異，主成分2能解釋21.292%的變異，二者合并能解釋85.796%的變異。聚類分析表明雌核發(fā)育子代形態(tài)學可量性狀指標更接近于母本鳙，與父本興國紅鯉距離較遠。本研究結(jié)果表明雌核發(fā)育后，鳙異源雌核發(fā)育子代主要可量性狀與雙親產(chǎn)生顯著差異，但更接近于母本。

關(guān)鍵詞：鳙(Aristichthys nobilis)；異源雌核發(fā)育；形態(tài)學

鳙(Aristichthysnobilis)屬“四大家魚”之一，是我國主養(yǎng)的淡水魚類。經(jīng)多年人工繁殖和養(yǎng)殖，鳙發(fā)生了明顯的性狀退化，表現(xiàn)為生長速度降低、性成熟年齡提前、抗逆性降低等。通過人工選育純合的鳙種群作為繁殖親本，可對鳙進行提純復壯，獲得具優(yōu)良養(yǎng)殖性能的新品種。但由于鳙生長周期長，育種難度較大，關(guān)于鳙的育種和選育研究較少。利用人工誘導雌核發(fā)育等生物技術(shù)手段進行鳙的育種是解決這一難題的有效途徑[1-2]。

人工誘導雌核發(fā)育可加速魚類種群純合，縮短育種周期，目前該技術(shù)已在草魚(Ctenopharyngodonidella)[3]、鰱(Hypophthalmichthysmolitrix)[4-5]、大菱鲆(Scophthalmusmaximus)[6]等多種魚類育種中廣泛使用。鳙的雌核發(fā)育此前亦有過報道[7-8]，研究人員采用遺傳滅活的精子與鳙魚卵授精，再通過人工染色體加倍獲得雌核發(fā)育魚苗。但精子滅活和染色體加倍過程較復雜，且可能影響所得子代的繁殖性能。探討新的技術(shù)解決這些問題可促進鳙雌核發(fā)育研究的發(fā)展，遠緣雜交是其中候選方法之一。一般認為，當魚類親緣距離較遠時，遠緣雜交所得到魚苗多為雌核發(fā)育苗[9]。為此，本項目組于2009年進行了鳙(♀)與興國紅鯉(CyprinuscarpioVar.Xingguo♂)亞科間遠緣雜交，至今已成功培育得到子代群體超過100尾。流式細胞儀檢測細胞核DNA含量、染色體計數(shù)和核型分析、線粒體DNA全序列測定3種方法均顯示所得子代為雌核發(fā)育而來(未發(fā)表數(shù)據(jù))。

本研究通過分析鳙雌核發(fā)育子代與父母本間形態(tài)學的差異，探索異源雌核發(fā)育對子代形態(tài)學的影響，為進一步進行雌核發(fā)育群體的培育和鳙新品系的選育提供方向，并為魚類遺傳育種豐富理論資料。

1材料和方法

1.1實驗魚

本研究中共用到三個群體，分別為鳙異源雌核發(fā)育群體和其父、母本群體，其中鳙異源雌核發(fā)育子代為鳙(♀)×興國紅鯉(♂)遠緣雜交而來，母本群體為鳙正常自交子代，所有實驗魚均養(yǎng)殖于湖南省水產(chǎn)科學研究所實驗基地。

1.2形態(tài)學參數(shù)測定

對照組子代、雌核發(fā)育組子代和興國紅鯉3個群體的所有個體均測定了體重和7個可量性狀，包括全長、體長、體高、體厚、頭長、尾柄長、尾柄高，為消除魚體規(guī)格對實驗結(jié)果的影響，采用框架系數(shù)進行分析，共得到6個框架系數(shù)：全長/體長、體高/體長、頭長/體長、尾柄長/體長、尾柄長/尾柄高、體厚/體高。

1.3數(shù)據(jù)分析

采用SPSS軟件包對所有數(shù)據(jù)進行分析，采用單因素方差分析、判別分析、主成分分析和聚類分析檢驗3群體間形態(tài)學的差異。文中數(shù)據(jù)以平均值±標準誤(Mean±SE)表示，P<0.05表示差異顯著。

2結(jié)果

2.13組實驗魚形態(tài)學框架系數(shù)的顯著性差異

雌核發(fā)育子代、對照子代和興國紅鯉3個群體的取樣情況和形態(tài)學框架系數(shù)見表1。其中體高/體長雌核發(fā)育組子代與興國紅鯉間不具顯著差異、尾柄長/體長雌核發(fā)育組子代與對照子代間不具顯著差異，其余各組間均差異極顯著(P<0.01)。

表1　3組實驗魚可量性狀的取樣情況和框架系數(shù)

續(xù)表1

注：同行數(shù)據(jù)標有相同上標表示差異不顯著(P>0.05);具有不同上標表示差異顯著(P<0.05)。

2.2判別分析

對3組魚框架系數(shù)進行判別分析，其判別結(jié)果如表2。其中雌核發(fā)育組子代與興國紅鯉的判別準確率均為100.0%，對照組子代判別準確率為94.4%，總平均擬合概率為97.9%。

表2　3組試驗魚框架數(shù)據(jù)判別分析結(jié)果

根據(jù)判別分析結(jié)果繪制判別散點圖如圖1。從圖1可知，興國紅鯉、實驗組子代均集中于一個區(qū)域，對照子代則有兩個個體游離于實驗組子代區(qū)域。

圖1　3組魚判別分析散點圖

GY：雌核發(fā)育組子代；CT：對照組子代；RC：興國紅鯉。圖2,3同。

2.3主成分分析

對3組魚的框架系數(shù)也進行了主成分分析，可提取2個主成分，其中主成分1能解釋64.504%的變異，主成分2能解釋21.292%的變異，二者合并能解釋85.796%的變異(表3)。主成分1主要與頭長/體長、體厚/體高、尾柄長/尾柄高、全長/體長有關(guān)，主成分2主要與體高/體長有關(guān)(表4)。

表3　3組魚主成分分析結(jié)果

表4　主成分因子矩陣

根據(jù)主成分1和主成分2繪制了主成分分析散點圖2，從圖2可知，用主成分1即能完全分開興國紅鯉，而用主成分2分析雌核發(fā)育子代和對照子代時，對照子代尚有2個個體游離于雌核發(fā)育子代組中。

圖2　3組魚框架系數(shù)的主成分分析散點圖

2.4聚類分析

聚類分析結(jié)果顯示，雌核發(fā)育子代形態(tài)學更接近于對照子代，而與父本興國紅鯉距離較遠(圖3)。

圖3　3組魚框架系數(shù)的聚類分析圖

3討論

鳙屬鰱亞科(Hypophthalmichthyinae)，興國紅鯉屬鯉亞科(Cyprininae)，二者間的雜交為亞科間雜交。魚類亞科間雜交時，得到的魚苗一般為雌核發(fā)育苗，很難得到真正的雜交苗。在之前研究中，筆者對鳙(♀)×興國紅鯉(♂)遠緣雜交子代的外周血紅細胞DNA含量、細胞核染色體計數(shù)、線粒體DNA全序列進行了檢測，證實所得遠緣雜交子代為二倍體，染色體數(shù)目為2n=48，不同于興國紅鯉的2n=100，線粒體全序列分析也表明雜交子代與正常自交鳙子代堿基組成類似。因此，可證明本研究中所用鳙(♀)×興國紅鯉(♂)遠緣雜交子代為自發(fā)產(chǎn)生的鳙異源雌核發(fā)育個體。采用鳙(♀)×興國紅鯉(♂)遠緣雜交方法誘導鳙自發(fā)雌核發(fā)育，可獲得與人工遺傳滅活父本精子同樣的效果，該方法可簡化雌核發(fā)育中人工遺傳滅活的操作，節(jié)省人力物力。同時，利用鳙受精卵自發(fā)的染色體加倍，獲得雌核二倍體苗，可避免人工加倍染色體所造成的染色體斷裂、丟失等問題，保證所得子代的繁殖性能。

研究人員對多種魚類開展了形態(tài)學研究[10-15]，其研究結(jié)果呈現(xiàn)多樣化。采用雌核發(fā)育、雜交等育種方法培育體型優(yōu)良的子代是育種的目的之一，雌核發(fā)育牙鲆不同家系的多個形態(tài)學參數(shù)存在差異，并可作為進一步選育的重要指標[10]，通過鯽(Carassiusauratus)鯉(Cyprinuscarpio)雜交方法獲得的新品種芙蓉鯉鯽則具有偏父本紅鯽的形態(tài)學特點[11]，奧利亞羅非魚(Oreochromisaurea)×鱖(Sinipercachuatsi)科間雜交子代與母本產(chǎn)生了明顯的形態(tài)學差異[12]。本研究中，鳙異源雌核發(fā)育子代與鳙自交子代在形態(tài)學上同樣具有顯著差異，單因素方差分析顯示，僅體高/體長雌核發(fā)育組子代與興國紅鯉間不具顯著差異、尾柄長/體長雌核發(fā)育組子代與對照子代間不具顯著差異，其余各組間均差異極顯著，而判別分析能將3組魚判別分開至3個區(qū)域，即可能因為受到興國紅鯉遺傳物質(zhì)影響，導致雌核發(fā)育子代在外部形態(tài)上產(chǎn)生一定變化。主成分分析表明，這些變化主要體現(xiàn)于體長、頭長相關(guān)的指標。聚類分析結(jié)果顯示，雌核發(fā)育子代形態(tài)仍然與母本鳙接近，遠離于父本興國紅鯉，說明鳙雌核發(fā)育子代仍保持鳙主要性狀，這將有助于在保持鳙穩(wěn)定性狀的基礎上，選育具更優(yōu)性狀的鳙新品種。異源雌核發(fā)育鳙與普通鳙子代形態(tài)學上的這些差異，是否受到父本興國紅鯉的影響，將是進一步探討的課題。

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(責任編輯：張紅林)

Morphological study on heterologous gynogenesis offspring of Aristichthys nobilis

XU Yong-fu1,WANG Jin-long1,2,3,WU Yuan-an1,LI Chuan-wu1,HE Zhi-gang1,WANG Wei-min2

(1.InstituteofFisherySciencesofHunanProvince,Changsha410153，China;2.CollegeofFisheries,HuazhongAgriculturalUniversity,Wuhan430070，China;3.CollaborativeInnovationCenterforEfficientandHealthProductionofFisheriesinHunanProvince,Changde415000，Hunan,China)

Abstract：In 2009,we induced heterologous gynogenesis of A.nobilis by remote hybridization between A.nobilis (♀) and C.carpio Var.Xingguo (♂).In this study,we measured 7 metric characters of heterologous gynogenesis offspring and control offspring and C.carpio Var.Xingguo,then truss network data were calculated.Oneway ANOVA,discriminant analysis,principal component analysis and cluster analysis were employed to probe the difference among three experimental fish groups.Results showed many significant differences among truss network data of three experimental fish groups.Gynogenetic offspring had a shorter body and taller head than control.Discriminant analysis separated three experimental fish groups into three areas accurately.The discriminant accuracy of both gynogenetic offspring and C.carpio Var.Xingguo were 100%,and the control was 94.4%,and the average fitting probability was 97.9%.Two principal components were extracted to explain 85.796% of variance totally.The first component explained 64.504% of variance,and the second component did 21.292%.Cluster analysis showed that morphology distance of gynogenesis offspring was much closer to control than to C.carpio Var.Xingguo.All of the results concluded that there was morphological difference on heterologous gynogenetic offsprings of A.nobilis and their parents.

Key words：Aristichthys nobilis;heterologous gynogenesis;morphology

中圖分類號：S917.44

文獻標識碼：A

文章編號：1000-6907-(2016)02-0016-04

作者簡介：第一徐永福(1972-)，男，助理研究員。E-mail:758727801@qq.com通訊作者：王金龍。E-mail:wangjl01@sohu.com

收稿日期：2015-06-21；

修訂日期：2015-10-29

資助項目：現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系建設專項資金(CARS-46-41)；湖南省養(yǎng)殖業(yè)科研項目