魚蝦類的分子標記研究進展

周國鋒，曾碧健

(廣東第二師范學(xué)院，廣東 廣州 510303)

1 引言

分子標記(Molecular marker )是從DNA水平上揭示個體和群體的遺傳多樣性的理想工具，與形態(tài)學(xué)、生物化學(xué)與細胞學(xué)標記相比，分子標記對隱性的性狀選擇更為便利，廣泛應(yīng)用于基因組作圖、遺傳育種、物種關(guān)系鑒別等方向，在物種遺傳多樣性鑒定方面具有較為良好的應(yīng)用效果。

2 分子標記技術(shù)研究

隨著分子生物技術(shù)的發(fā)展，產(chǎn)生了諸多標記方式，如RAPD、RFLP等。分子標記也具有不同的技術(shù)，如隨機擴增多態(tài)性DNA、DNA擴增指紋印跡、序列標志位點等[1]。發(fā)展分子標記技術(shù)有利于保護部分特殊魚類種群。時至今日，分子標記技術(shù)已經(jīng)逐漸成熟，且標記方法多樣。在多種標記方法中，微衛(wèi)星標記具有分布廣、多態(tài)性高、重復(fù)性和穩(wěn)定性高、共顯性標記好等優(yōu)點，已廣泛應(yīng)用于水生動物親子鑒定、遺傳連鎖圖譜和多樣性研究中。在諸多分子標記方法中，魚蝦類的分子標記應(yīng)用微衛(wèi)星標記方法較多。

微衛(wèi)星標記技術(shù)也被稱為SRR，是指真核生物基因組中均勻分布著大量堿基組成的串聯(lián)重復(fù)序列，在當前的魚蝦類分子標記中較為常見。相較于其他技術(shù)來說，微衛(wèi)星技術(shù)標記的結(jié)果更為可靠，且具有可比性高的特點，在基因范圍方面也覆蓋較廣，是一種近似理想的遺傳標記方式，在魚蝦類的遺傳學(xué)研究中發(fā)揮著重要的作用。國內(nèi)外研究學(xué)者就微衛(wèi)星標記魚蝦類的分子標記應(yīng)用中已進行了多項探索。

3 魚蝦類的分子標記應(yīng)用研究

3.1 魚蝦親本鑒定

目前正在進行的魚蝦分子標記研究，多數(shù)是為了討論魚蝦種群的基因親本庫，以促進魚蝦遺傳圖譜的整合，實現(xiàn)對魚蝦的保護和進化基因組研究。微衛(wèi)星位點是一種高效、快速、經(jīng)濟的方法，可作為水生動物親子鑒定、譜系管理和群體遺傳分析的有力工具。如2004年，研究人員Jerry D R, Preston N P[2]使用微衛(wèi)星標記方法以研究庫魯馬蝦后代。從已知的22個母系中，在六個微衛(wèi)星位點上對無節(jié)幼體進行分型，并進行親子分析。分析數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，子代對其“真”母親的分配成功率低于模擬預(yù)測值，只有47%的后代被正確分配。其結(jié)論認為，分子標記親子分析作為一個工具，在蝦選育方面擁有較大的優(yōu)勢。

河海中存在一些重要的甲殼類，被列為漁業(yè)管理的優(yōu)先品種，分子標記技術(shù)在魚蝦親本鑒定有利于對河海重要魚蝦品種的親本鑒定和保護。2016年，Heras S對藍蝦和紅蝦進行高變微衛(wèi)星標記，認為微衛(wèi)星標記提供了額外的工具來解決有關(guān)遺傳多樣性、親子研究和的問題[3]。2016年，Dongyu L基于微衛(wèi)星位點的等位基因長度成功建立并優(yōu)化了4個多重PCR體系，利用這些系統(tǒng)對凡納濱對蝦11個家系進行系譜分析，發(fā)現(xiàn)微衛(wèi)星標記多重PCR系統(tǒng)可以作為凡納濱對蝦遺傳多樣性和系譜分析的有效方法[4]。

相較于國外的研究來說，國內(nèi)的研究更具有針對性，主要是針對我國魚蝦的分子標記技術(shù)研究。如2016年，楊忠禮在《蘭州鲇EST-SSR分子標記的開發(fā)及其在鲇形目和鯉形目魚類中的通用性研究》一文中對蘭州鲇的EST-SSR標記進行探討，結(jié)果顯示蘭州鲇在近緣物種中均有很高的通用性,但隨著親緣關(guān)系變遠,其通用性隨之降低[5]。2016年，龔瑞玥等基于SRAP分子標記對黃顙魚屬進行遺傳多樣性研究,選用64對SRAP引物作為研究對象，發(fā)現(xiàn)瓦氏黃顙魚比黃顙魚少了一個DNA片段?；谘芯拷Y(jié)果設(shè)計了一對引物，提供了高效識別雜交種的方法[6]。2010年，傅洪拓等基于SRAP分子標記對海南沼蝦種群遺傳多樣性進行分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)5個海南沼蝦種群間已經(jīng)出現(xiàn)較大的遺傳分化[7]。

3.2 分析魚類野生種群特征

準確鑒定遺傳基因是檢測新品種所必需的工作。魚類作為一個群體，在所有脊椎動物類群中具有最高的物種多樣性。在大小、形狀、棲息地表現(xiàn)出巨大的多樣性，魚類生活在幾乎所有可想象的水生棲息地，范圍從南極水域到沙漠。平均每年有300種新的魚類被發(fā)現(xiàn)，因此魚蝦野生種群的種群特征對其科學(xué)管理具有重要意義。

目前，有關(guān)野生魚蝦遺傳參數(shù)的信息非常有限，基于分子標記技術(shù)可以得到更多信息。譬如穴居海蝦是河口底棲動物群落中重要的生態(tài)系統(tǒng)工程師。2013年，Dumbauld B R通過31個微衛(wèi)星位點對兩個穴居海蝦物種進行分子標記，用于作為減少貝類養(yǎng)殖的參考，為河口底棲動物種群結(jié)構(gòu)和多樣性提供了一個有用的工具[8]。2016年，Mandal S開發(fā)了種特異性微衛(wèi)星標記，利用親和捕獲方法構(gòu)建了4個河流的富集基因組文庫。在群體遺傳學(xué)中驗證了標記的實用性。分析表明，河川種群間存在顯著的遺傳分化，多態(tài)性微衛(wèi)星位點對河流野生群體遺傳變異和多樣性研究具有廣闊的前景[9]。

2016年，上海海洋大學(xué)研究人員張睿在其碩士論文——《基于核基因分子標記的野鯪亞科兩種魚類比較親緣地理研究》中采用核基因分子標記對東方墨頭魚、紋唇魚種群進行親緣地理關(guān)系及種群遺傳結(jié)構(gòu)的研究，其研究結(jié)構(gòu)展示了淡水魚類的遺傳分化與地理分布的相關(guān)性[10]。

3.3 魚蝦類保護

分子標記技術(shù)在魚蝦類的種群保護方面也具有積極作用，首先，通過分子標記可以獲得更多基因信息，從而對魚蝦類病毒進行有效治理。2017年，Alcivarwarren A構(gòu)建了一個基于簡單序列重復(fù)的、微衛(wèi)星遺傳標記的初步低密度連鎖圖譜(SPF)蝦。標記位點主要來源于從利用Taura綜合征病毒(TSV)或白斑綜合癥病毒(WSSV)[11]。2016年，Schartl M通過聚類分析的總體分組模式清楚地表明了每個物種之間的相似性和變異性。其結(jié)論認為，這些基于DNA的標記與形態(tài)學(xué)標記可用于分類學(xué)問題、育種程序、研究遺傳變異、基因標記以及遺傳多樣性評估、品種發(fā)育研究，尤其是對魚蝦類的保護方面起到重要作用[12]。

受到外來魚蝦物種的影響，我國魚蝦的生存空間被擠壓，分子標記技術(shù)對我國魚蝦類的保護具有重要意義。早在2008年，張姝就對分子標記/形態(tài)標記在蝦、蟹研究中的應(yīng)用進行了探討，分析了近交系數(shù)與生長性狀和耐高溫性狀的相關(guān)性。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，高溫天氣中本地蝦對高溫的耐受性不如進口蝦。對本地蝦不耐高溫和耐高溫兩個性狀池進行分子標記的篩選，篩查本地蝦與耐高溫性狀相關(guān)的SNP位點[13]。

2016年，李偉亞利用分子標記對中國對蝦放流效果進行評估研究，其指出，分子標記方法可以解決傳統(tǒng)放流標志的限制,提升對蝦增殖放流效果，同時可以為中國對蝦放流提供精確評估的手段和方法[14]。

3.4 魚蝦類育種

系譜飼養(yǎng)需要防止有效群體大小的下降和保持遺傳變異蝦育種計劃，而分子標記就是有用的方式。Janssen A等的研究設(shè)計了選育埃及海蝦抗病性和生長的選育方案。在埃及現(xiàn)有的對蝦育種方案中，篩選出了一些多態(tài)性微衛(wèi)星標記，并應(yīng)用標記輔助選擇。該項目成功地分離和鑒定了對蝦的微衛(wèi)星遺傳標記，并從育種計劃中追溯了不同家系的譜系[15]。

此外，分子標記技術(shù)為魚蝦類育種提供了更多有效的方法。2009年，全國動物遺傳育種及生物技術(shù)研討會研究人員楊柯、馬春艷在《凡納濱對蝦選育世代的微衛(wèi)星標記分析》一文中提出一種通過施加交配限制(親子鑒定和配偶設(shè)計的微衛(wèi)星標記)來控制親緣交配的方式。結(jié)果表明，微衛(wèi)星標記的使用表明微衛(wèi)星位點的雜合度與個體近交系數(shù)有很好的相關(guān)性。在分析家譜和微衛(wèi)星數(shù)據(jù)時，觀察到在馴養(yǎng)的選定群體中遺傳變異的下降[16]。2014年，胡龍洋用分子標記對不同日本對蝦進行遺傳鑒定，發(fā)現(xiàn)日本對蝦子代的觀測雜合度明顯低于親本，日本對蝦繼承親本遺傳信息的過程中丟失了一定的雜合性。認為下一步的配種計劃中應(yīng)盡量避免部分分子標記位點親緣關(guān)系近的群體之間的交配[17]。

4 微衛(wèi)星技術(shù)在魚蝦類生物研究發(fā)展的前景展望

當前魚蝦類的分子標記技術(shù)應(yīng)用較為廣泛，應(yīng)用的技術(shù)也更為先進化，尤其微衛(wèi)星標記技術(shù)在當前的魚蝦類分子標記中起到重大的作用。根據(jù)對國內(nèi)外研究文獻的收集，發(fā)現(xiàn)當前魚蝦類的分子標記應(yīng)用主要集中在親子鑒定、野生種群特征鑒定、遺傳分化研究、魚蝦類保護、魚蝦育種等方面。分子標記技術(shù)對魚蝦類遺傳變異和多樣性研究具有廣闊的前景，微衛(wèi)星標記也是進行某種親緣關(guān)系鑒定的有效方式，尤其是在遺傳多樣性方面具有非常重要的作用，為魚蝦育種提供了更為科學(xué)化、精準化的基因數(shù)據(jù)，研究魚蝦類的分子標記非常具有學(xué)術(shù)意義和現(xiàn)實意義。