本欄自分類
聯(lián)系我們
地址：重慶市永川區(qū)衛(wèi)星湖街道(原雙竹鎮(zhèn))大竹溪村
通訊：13983250545
郵箱：ycsh6318@163.com
通訊：13983250545
微信：ycsh638
QQ：469764481郵箱：ycsh6318@163.com
通過染色體位點揭示鯽魚的同源三倍體起源
西南漁業(yè)網(wǎng)-豐祥漁業(yè)網(wǎng)秉承：求是務(wù)實不誤導(dǎo)不夸大不炒作！水產(chǎn)專業(yè)網(wǎng)站為您提供優(yōu)質(zhì)服務(wù)！【鄭重提醒】：本站所有文章，如需轉(zhuǎn)載請注明出處，否則謝絕轉(zhuǎn)載??！謝謝合作~
在洞庭湖水系統(tǒng)中, 鯽魚復(fù)合體表現(xiàn)出二倍體群體(2n=100, 簡稱2nCC)和多倍體群體共存的特征. 雖然染色體數(shù)目與核型分析已經(jīng)揭示了這些多倍體鯽魚分別為三倍體(3n=150)和四倍體(4n=200), 但是一直缺乏直接的遺傳證據(jù). 本研究通過對5S rDNA的染色體位點進行分析, 證明了擁有150條染色體的鯽魚個體(簡稱3nCC)是三倍體起源(3n=150). 進一步對具有物種特異性的染色體著絲粒位點進行分析, 揭示了3nCC擁有的3套染色體均來源于鯽魚. 相關(guān)研究結(jié)果提供了直接的細胞遺傳學(xué)證據(jù), 證明了鯽魚復(fù)合體群體中擁有150條染色體的鯽魚個體是同源三倍體起源. 相關(guān)研究結(jié)果有利于脊椎動物多倍體化和進化研究.
鯽魚(Carassius auratus)廣泛分布于整個歐亞大陸. 雖然在銀鯽(Carassius auratus gibelio)群體中早已發(fā)現(xiàn)了3種不同倍性個體的存在[1~3], 但是鯽魚一直被認為是只存在二倍體形式(2n=100)[4,5]. 自20世紀80年代以來, 三倍體鯽魚(3n=150)和四倍體鯽魚(4n=200)被相繼報道[6]. 因此, 鯽魚才被發(fā)現(xiàn)具有二倍體和多倍體共存的特點. 在鯽魚復(fù)合體群體中[7~9], 二倍體和多倍體鯽魚的外形特征非常相識, 但是繁殖方式卻又明顯不同. 二倍體鯽魚的繁殖方式為兩性繁殖, 而多倍體鯽魚表現(xiàn)出同時具有單性雌核發(fā)育和有性繁殖的雙重繁殖模式[10~12]. 雖然鯽魚復(fù)合體中的染色體數(shù)目與核型多樣性說明了多倍體鯽魚(3n=150和4n=200)是三倍體和四倍體起源[6,13,14], 但是一直缺乏直接的遺傳證據(jù). 此外, 多倍體鯽魚染色體組中的額外組染色體是否來自相同或親緣關(guān)系較近的物種(“同源多倍體”), 或者來自不同物種(“異源多倍體”)并不是很清楚.
5S rDNA和物種特異性著絲粒序列擁有大量拷貝數(shù), 并且表現(xiàn)出明顯的物種特異性. 它們在染色體上的位置可以通過相應(yīng)的分子探針進行熒光原位雜交(fluorescence in situ hybridization, FISH)而輕松檢測到[15~20]. 在以前的研究中, 通過使用5S rDNA和物種特異性的著絲粒探針進行FISH實驗, 證明了通過紅鯽(Red crucian carp)(2n=100, AA)(♀)×團頭魴(Megalobrama amblycephala)(2n=48, BB)(♂)雜交獲得的異源四倍體鯽魴(4n=148, AABB)能同時產(chǎn)生具有3套(3n=150, AAA)和2套紅鯽染色體的配子(2n=100, AA)[18,19]. 本研究使用這些探針進行FISH實驗, 為證明擁有150條染色體的鯽魚是同源三倍體起源提供了直接的細胞遺傳學(xué)證據(jù). 本研究對于探索脊椎動物的多倍化和進化具有極其重要的意義.
1 方法
1.1 樣品來源
2012~2014年間, 在湖南省洞庭水系統(tǒng)的沅江流域和湘江流域收集了所有的鯽魚樣品, 然后湖南師范大學(xué)的教育部工程研究中心進行飼養(yǎng)和繁殖. 實驗是按照農(nóng)業(yè)研究中農(nóng)業(yè)動物的護理和使用規(guī)范及其教學(xué)指導(dǎo)方針進行處理. 在本文進行的實驗不需要野生動物行政主管部門批準. 實驗用魚在使用前用100 mg/L MS-222(Sigma-Aldrich公司, 美國)對其深度麻醉.
1.2 染色體的制備
為了確定實驗魚的倍性水平, 從15月齡的實驗魚上抽取外周血進行培養(yǎng)后制備染色體. 用吸入有0.1%肝素鈉的注射器從每條實驗魚收集0.2 mL的血液樣本. 將外周血細胞在25.5℃, 5%CO2環(huán)境下的培養(yǎng)基中培養(yǎng)68~72 h, 然后在收集培養(yǎng)產(chǎn)物前3.5 h加入秋水仙堿. 通過離心收集細胞, 然后加入0.075 mol/L氯化鉀溶液, 在26℃下進行低滲處理25~30 min, 最后在甲醇:冰醋酸 (3:1, 體積比)混合溶液中固定. 將細胞滴到冷凍玻片, 自然風(fēng)干, 并用4%吉姆薩溶液染色30 min. 將制備的染色體玻片在放大倍率為3330×的油鏡檢查下, 對清晰的染色體分裂相拍照. 每種實驗樣品中, 共200個染色體中期分裂相被檢測(每條實驗魚檢測20個).
1.3 熒光原位雜交技術(shù)
利用引物5′-GCTATGCCCGATCTCGTCTGA-3′和5′-CAGGTTGGTATGGCCGTAAGC-3′,5′-AAG-CTTTTCTCTCTAGTAGAGAAAGC-3′和5′-TTGAG- CAGATTTGGGCTTGATTTC-3′在二倍體鯽魚基因組中分別擴增出5S rDNA序列和物種特異性的著絲粒序列, 并以這些序列為模板, 采用PCR法以Dig-11-dUTP間接標(biāo)記探針(PCR DIG Probe Synthesis Kit, Roche, Germany), 純化探針后在各種實驗魚有絲分裂中期染色體標(biāo)本上進行熒光原位雜交(FISH). 具體的FISH實驗步驟參考He等人研究[20]. 每種實驗樣品種, 共200個染色體中期分裂相被檢測(每條實驗魚檢測20個).
2 結(jié)果
2.1 檢查染色體數(shù)目
表1列出了2nCC和3nCC染色體數(shù)目的分布. 2nCC有92%的染色體中期分裂相擁有100條染色體(圖1A), 這表明它們是具有100條染色體的二倍體鯽魚. 3nCC有83.5%的染色體中期分裂相擁有150條染色體(圖1B), 表明它們是具有150條染色體的三倍體鯽魚. 在3年時間內(nèi)(2012~2014年), 陸續(xù)從洞庭湖水系中采集了300條鯽魚樣本, 其中2nCC和3nCC個體比例各占22%和78%, 但是一直沒能檢測到四倍體鯽魚(4n=200)樣本.
2.2 熒光原位雜交技術(shù)
利用5S rDNA(340 bp)探針對2nCC、3nCC、鯉魚(Cyprinus carpio)和團頭魴的中期染色體分裂相進行FISH實驗, 相關(guān)結(jié)果見表2. 在2nCC中, 有86%的染色體中期分裂相(圖2B)擁有2強和2弱的5SrDNA位點. 通過染色體位點圖譜分析, 發(fā)現(xiàn)這2個強位點定位于1對同源的亞中部著絲粒染色體上, 2個弱位點定位于1對同源的亞端部著絲粒染色體上(圖2A). 這說明2nCC每套染色體中擁有1個強的和1個弱的5S rDNA位點. 在3nCC中, 有79%染色體中期分裂相(圖2C)擁有3強和3弱的5S rDNA位點,這表明3nCC個體擁有3套染色體. 然而, 在鯉魚和團頭魴的染色體分裂相中沒有發(fā)現(xiàn)相應(yīng)的5S rDNA位點信號(圖2D和E).
利用物種特異性的染色體著絲粒探針進行FISH實驗, 2nCC的100條染色體均標(biāo)記上熒光信號(圖3A), 但是在鯉魚(圖3D)、團頭魴(圖3E)、草魚(Ctenopharyngodon idellus)和翹嘴紅鲌(Erythroculter ilishaeformis)(表2)的染色體分裂相中均未發(fā)現(xiàn)熒光信號. 這說明該探針能特異標(biāo)記鯽魚染色體. 在3nCC中, 有84.5%的染色體中期分裂相其150條染色體均被標(biāo)記上熒光信號(圖3B), 這表明3nCC的150條染色體均來自于鯽魚. 研究結(jié)果為3nCC是同源三倍體起源提供了直接的證據(jù).
3 討論
廣泛認為硬骨魚類比哺乳動物多經(jīng)歷了一次全基因組復(fù)制即3R假說. 第三輪全基因組復(fù)制(3R)可能發(fā)生在約3.6億年前并產(chǎn)生了輻鰭魚進化分支, 早于硬骨魚[21]. 鯉魚和鯽魚(2n=100)的染色體數(shù)目是其他鯉科魚類的兩倍. 因此, 推測鯉魚和鯽魚經(jīng)歷第四輪全基因組復(fù)制(4R)[22,23]. 近些年來, 大量研究結(jié)果均表明多倍體鯽魚在成功經(jīng)歷了幾次基因組加倍后又在最近經(jīng)歷了一次額外的全基因組復(fù)制事件[7,24,25]. 在洞庭湖水系中, 鯽魚復(fù)合體群體中表現(xiàn)出二倍體形式(2n=100)和多倍體形式(3n=150, 4n=200)共存的特點. 雖然二倍體鯽魚與多倍體鯽魚在外形特征上非常相似, 但在他們的繁殖模式卻明顯不同[10~12]. 相對于二倍體鯽魚(2n=100)來說, 三倍體鯽魚(3n=150)雖然不是全基因組復(fù)制, 但還是能說明當(dāng)前自然界中還在自發(fā)地進行基因組復(fù)制. 在洞庭水系統(tǒng)鯽魚群體中有四倍體(4n=200)個體有記錄[6], 但是本研究收集的鯽魚樣品中未檢出這一倍性的個體. 這可能是因為在鯽魚復(fù)合體群體中四倍體鯽魚個體的比例很小, 所以在有限的樣品中未能檢測到.
Interest statement 同等貢獻
References
[1] Zhou L, Gui J F. Karyotypic diversity in polyploid gibel carp, Carassius auratusgibelio Bloch. Genetica, 2002, 115: 223-232 CrossRef Google Scholar
[2] Zhu H P, Ma D M, Gui J F. Triploid origin of the gibel carp as revealed by 5S rDNA localization and chromosome painting. Chromosome Res, 2006, 14: 767-776 CrossRef Google Scholar
[3] Cherfas N B. Natural triploidy in females of the goldfish (Carssius auratusgibelio). Genetica, 1966, 12: 16-24 Google Scholar
[4] Zan R G, Song Z. Analysis and comparison between the karyotypes of Cyprinus carpioand Carassius auratusas well as Aristichthys nobilis and Hypophthalmichthys molitrix. Acta Genet Sin, 1980, 17: 72-80 Google Scholar
[5] Yu X J. China Freshwater Fisheries Chromosome. Beijing: Science Publishing House. 1989, Google Scholar
[6] Xiao J, Zou T M, Chen Y B, et al. Coexistence of diploid, triploid and tetraploid crucian carp (Carassius auratus) in natural waters. BMC Genet, 2011, 12: 20 Google Scholar
[7] Luo J, Gao Y, Ma W, et al. Tempo and mode of recurrent polyploidization in the Carassius auratus species complex (Cypriniformes, Cyprinidae). Heredity, 2014, 112: 415-427 CrossRef Google Scholar
[8] Jakovli? I, Gui J F. Recent invasion and low level of divergence between diploid and triploid forms of Carassius auratus complex in Croatia. Genetica, 2011, 139: 789-804 CrossRef Google Scholar
[9] Jiang F F, Wang Z W, Zhou L, et al. High male incidence and evolutionary implications of triploid form in northeast Asia Carassius auratus complex. Mol Phylogenet Evol, 2013, 66: 350-359 CrossRef Google Scholar
[10] Yang X Q, Chen M R, Yu X M, et al. Preliminary studies on the mode of reproduction in crucian carp (Carassius auratus) of Pengze. Acta Hydrobiol Sin, 1992, 16: 277-280 Google Scholar
[11] Mezhzherin S, Kokodiy S. Genetic structure of silver Prussian carp Carassius (Superspecies auratus) (Linnaeus, 1758) colonies from the Middle Dnieper. Basin Russian J Genet, 2010, 46: 725-731 CrossRef Google Scholar
[12] Koboyasi H. A Cytological study on gynogenesis of the triploid ginbuna (Carassius auratus langsdorfii). Zool Mag, 1971, 80: 316-322 Google Scholar
[13] Zan R G. Studies of sex chromosomes and C-banding karyotypes of two forms of Carassius auratusin Kunming Lake. Acta Genet Sin, 1982, 9: 32-39 Google Scholar
[14] Yu H X, Xu H, Guan H W. Preliminary study on the karyotypes of the natural gynogenetic crucian carp Carassius auratus (A form) of Puan, Guizhou province. Acta Hydrobiol Sin, 1992, 16: 87-89 Google Scholar
[15] Martins C P, Galetti P M. Organization of 5S rDNA in species of the ?sh Leporinus: two different genomic locations are characterized by distinct nontranscribed spacers. Genome, 2001, 44: 903-910 CrossRef Google Scholar
[16] Murakami M, Fujitani H. Characterization of repetitive DNA sequences carrying 5S rDNA of the triploid ginbuna (Japanese silver crucian carp, Carassius auratus langsdor?). Genes Genet Syst, 1998, 73: 9-20 CrossRef Google Scholar
[17] 覃 欽博, 戴 婧, 劉 少軍, et al. 異源三倍體鯽魴的遺傳組成和生殖特性觀察. 水產(chǎn)學(xué)報, 2014, 38: 356-361 Google Scholar
[18] Qin Q B, Wang Y D, Wang J, et al. The abnormal chromosome behavior during meiosis was revealed in allotetraploid of Carassius auratus red var. (♀)×Megalobrama amblycephala (♂). BMC genetics, 2014, 15: 95 Google Scholar
[19] Qin Q B, Wang Y D, Wang J, et al. The autotetraploid fish derived from hybridization of Carassius auratus red var. (female)×Megalobrama amblycephala (male). Biol Reprod, 2014, 91: 93 CrossRef Google Scholar
[20] He W G, Qin Q B, Liu S J, et al. Organization and variation analysis of 5S rDNA in different ploidy-level hybrids of red crucian carp×topmouth culter. PLoS One, 2012, 7: e38976 CrossRef Google Scholar
[21] Venkatesh B. Evolution and diversity of fish genomes. Curr Opin Genet Dev, 2003, 13: 588-592 CrossRef Google Scholar
[22] Wang J T, Li J T, Zhang X F, et al. Transcriptome analysis reveals the time of the fourth round of genome duplication in common carp (Cyprinus carpio). BMC Genomics, 2012, 13: 96 CrossRef Google Scholar
[23] Luo J, Stadler P F, He S P, et al. PCR survey of hox genes in the gold?sh Carassius auratus auratus. J Exp Zool B Mol Dev Evol, 2007, 308B: 250–258. Google Scholar
[24] Gui J, Zhou L. Genetic basis and breeding application of clonal diversity and dual reproduction modes in polyploidy Carassius auratus gibelio. Sci China Life Sci, 2010, 53: 409-415 CrossRef Google Scholar
[25] Li X Y, Zhang X J, Li Z, et al. Evolutionary history of two divergent Dmrt1 genes reveals two rounds of polyploidy origins in gibel carp. Mol Phylogenet Evol, 2014, 78: 96-104 CrossRef Google Scholar
[26] Chun F L, Yang S T, Gui J F. Differential screening and characterization analysis of the egg envelope glycoprotein ZP3 cDNAs between gynogenetic and gonochoristic crucian carp. Cell Res, 2001, 11: 17-27 CrossRef Google Scholar
[27] 劉 少軍. 遠緣雜交導(dǎo)致不同倍性魚的形成. 中國科學(xué): 生命科學(xué), 2010, 40: 104-114 Google Scholar
[28] Liu S J, Qin Q B, Xiao J, et al. The formation of the polyploidy hybrids from different subfamily fish crossing and its evolutionary significance. Genetics, 2007, 176: 1023-1034 Google Scholar
[29] Qin Q B, He W G, Liu S J, et al. Analysis of 5S rDNA organization and variation in polyploid hybrids from crosses of different fish subfamilies. J Exp Zool B Mol Dev Evol, 2010, 314B: 403–411. Google Scholar
鯽魚(Carassius auratus)廣泛分布于整個歐亞大陸. 雖然在銀鯽(Carassius auratus gibelio)群體中早已發(fā)現(xiàn)了3種不同倍性個體的存在[1~3], 但是鯽魚一直被認為是只存在二倍體形式(2n=100)[4,5]. 自20世紀80年代以來, 三倍體鯽魚(3n=150)和四倍體鯽魚(4n=200)被相繼報道[6]. 因此, 鯽魚才被發(fā)現(xiàn)具有二倍體和多倍體共存的特點. 在鯽魚復(fù)合體群體中[7~9], 二倍體和多倍體鯽魚的外形特征非常相識, 但是繁殖方式卻又明顯不同. 二倍體鯽魚的繁殖方式為兩性繁殖, 而多倍體鯽魚表現(xiàn)出同時具有單性雌核發(fā)育和有性繁殖的雙重繁殖模式[10~12]. 雖然鯽魚復(fù)合體中的染色體數(shù)目與核型多樣性說明了多倍體鯽魚(3n=150和4n=200)是三倍體和四倍體起源[6,13,14], 但是一直缺乏直接的遺傳證據(jù). 此外, 多倍體鯽魚染色體組中的額外組染色體是否來自相同或親緣關(guān)系較近的物種(“同源多倍體”), 或者來自不同物種(“異源多倍體”)并不是很清楚.
5S rDNA和物種特異性著絲粒序列擁有大量拷貝數(shù), 并且表現(xiàn)出明顯的物種特異性. 它們在染色體上的位置可以通過相應(yīng)的分子探針進行熒光原位雜交(fluorescence in situ hybridization, FISH)而輕松檢測到[15~20]. 在以前的研究中, 通過使用5S rDNA和物種特異性的著絲粒探針進行FISH實驗, 證明了通過紅鯽(Red crucian carp)(2n=100, AA)(♀)×團頭魴(Megalobrama amblycephala)(2n=48, BB)(♂)雜交獲得的異源四倍體鯽魴(4n=148, AABB)能同時產(chǎn)生具有3套(3n=150, AAA)和2套紅鯽染色體的配子(2n=100, AA)[18,19]. 本研究使用這些探針進行FISH實驗, 為證明擁有150條染色體的鯽魚是同源三倍體起源提供了直接的細胞遺傳學(xué)證據(jù). 本研究對于探索脊椎動物的多倍化和進化具有極其重要的意義.
1 方法
1.1 樣品來源
2012~2014年間, 在湖南省洞庭水系統(tǒng)的沅江流域和湘江流域收集了所有的鯽魚樣品, 然后湖南師范大學(xué)的教育部工程研究中心進行飼養(yǎng)和繁殖. 實驗是按照農(nóng)業(yè)研究中農(nóng)業(yè)動物的護理和使用規(guī)范及其教學(xué)指導(dǎo)方針進行處理. 在本文進行的實驗不需要野生動物行政主管部門批準. 實驗用魚在使用前用100 mg/L MS-222(Sigma-Aldrich公司, 美國)對其深度麻醉.
1.2 染色體的制備
為了確定實驗魚的倍性水平, 從15月齡的實驗魚上抽取外周血進行培養(yǎng)后制備染色體. 用吸入有0.1%肝素鈉的注射器從每條實驗魚收集0.2 mL的血液樣本. 將外周血細胞在25.5℃, 5%CO2環(huán)境下的培養(yǎng)基中培養(yǎng)68~72 h, 然后在收集培養(yǎng)產(chǎn)物前3.5 h加入秋水仙堿. 通過離心收集細胞, 然后加入0.075 mol/L氯化鉀溶液, 在26℃下進行低滲處理25~30 min, 最后在甲醇:冰醋酸 (3:1, 體積比)混合溶液中固定. 將細胞滴到冷凍玻片, 自然風(fēng)干, 并用4%吉姆薩溶液染色30 min. 將制備的染色體玻片在放大倍率為3330×的油鏡檢查下, 對清晰的染色體分裂相拍照. 每種實驗樣品中, 共200個染色體中期分裂相被檢測(每條實驗魚檢測20個).
1.3 熒光原位雜交技術(shù)
利用引物5′-GCTATGCCCGATCTCGTCTGA-3′和5′-CAGGTTGGTATGGCCGTAAGC-3′,5′-AAG-CTTTTCTCTCTAGTAGAGAAAGC-3′和5′-TTGAG- CAGATTTGGGCTTGATTTC-3′在二倍體鯽魚基因組中分別擴增出5S rDNA序列和物種特異性的著絲粒序列, 并以這些序列為模板, 采用PCR法以Dig-11-dUTP間接標(biāo)記探針(PCR DIG Probe Synthesis Kit, Roche, Germany), 純化探針后在各種實驗魚有絲分裂中期染色體標(biāo)本上進行熒光原位雜交(FISH). 具體的FISH實驗步驟參考He等人研究[20]. 每種實驗樣品種, 共200個染色體中期分裂相被檢測(每條實驗魚檢測20個).
2 結(jié)果
2.1 檢查染色體數(shù)目
表1列出了2nCC和3nCC染色體數(shù)目的分布. 2nCC有92%的染色體中期分裂相擁有100條染色體(圖1A), 這表明它們是具有100條染色體的二倍體鯽魚. 3nCC有83.5%的染色體中期分裂相擁有150條染色體(圖1B), 表明它們是具有150條染色體的三倍體鯽魚. 在3年時間內(nèi)(2012~2014年), 陸續(xù)從洞庭湖水系中采集了300條鯽魚樣本, 其中2nCC和3nCC個體比例各占22%和78%, 但是一直沒能檢測到四倍體鯽魚(4n=200)樣本.
2.2 熒光原位雜交技術(shù)
利用5S rDNA(340 bp)探針對2nCC、3nCC、鯉魚(Cyprinus carpio)和團頭魴的中期染色體分裂相進行FISH實驗, 相關(guān)結(jié)果見表2. 在2nCC中, 有86%的染色體中期分裂相(圖2B)擁有2強和2弱的5SrDNA位點. 通過染色體位點圖譜分析, 發(fā)現(xiàn)這2個強位點定位于1對同源的亞中部著絲粒染色體上, 2個弱位點定位于1對同源的亞端部著絲粒染色體上(圖2A). 這說明2nCC每套染色體中擁有1個強的和1個弱的5S rDNA位點. 在3nCC中, 有79%染色體中期分裂相(圖2C)擁有3強和3弱的5S rDNA位點,這表明3nCC個體擁有3套染色體. 然而, 在鯉魚和團頭魴的染色體分裂相中沒有發(fā)現(xiàn)相應(yīng)的5S rDNA位點信號(圖2D和E).
利用物種特異性的染色體著絲粒探針進行FISH實驗, 2nCC的100條染色體均標(biāo)記上熒光信號(圖3A), 但是在鯉魚(圖3D)、團頭魴(圖3E)、草魚(Ctenopharyngodon idellus)和翹嘴紅鲌(Erythroculter ilishaeformis)(表2)的染色體分裂相中均未發(fā)現(xiàn)熒光信號. 這說明該探針能特異標(biāo)記鯽魚染色體. 在3nCC中, 有84.5%的染色體中期分裂相其150條染色體均被標(biāo)記上熒光信號(圖3B), 這表明3nCC的150條染色體均來自于鯽魚. 研究結(jié)果為3nCC是同源三倍體起源提供了直接的證據(jù).
3 討論
廣泛認為硬骨魚類比哺乳動物多經(jīng)歷了一次全基因組復(fù)制即3R假說. 第三輪全基因組復(fù)制(3R)可能發(fā)生在約3.6億年前并產(chǎn)生了輻鰭魚進化分支, 早于硬骨魚[21]. 鯉魚和鯽魚(2n=100)的染色體數(shù)目是其他鯉科魚類的兩倍. 因此, 推測鯉魚和鯽魚經(jīng)歷第四輪全基因組復(fù)制(4R)[22,23]. 近些年來, 大量研究結(jié)果均表明多倍體鯽魚在成功經(jīng)歷了幾次基因組加倍后又在最近經(jīng)歷了一次額外的全基因組復(fù)制事件[7,24,25]. 在洞庭湖水系中, 鯽魚復(fù)合體群體中表現(xiàn)出二倍體形式(2n=100)和多倍體形式(3n=150, 4n=200)共存的特點. 雖然二倍體鯽魚與多倍體鯽魚在外形特征上非常相似, 但在他們的繁殖模式卻明顯不同[10~12]. 相對于二倍體鯽魚(2n=100)來說, 三倍體鯽魚(3n=150)雖然不是全基因組復(fù)制, 但還是能說明當(dāng)前自然界中還在自發(fā)地進行基因組復(fù)制. 在洞庭水系統(tǒng)鯽魚群體中有四倍體(4n=200)個體有記錄[6], 但是本研究收集的鯽魚樣品中未檢出這一倍性的個體. 這可能是因為在鯽魚復(fù)合體群體中四倍體鯽魚個體的比例很小, 所以在有限的樣品中未能檢測到.
鯽魚復(fù)合體群體中的染色體與核型的多樣性 說明了多倍體鯽魚(3n=150和4n=200)是三倍體和 四倍體的起源[13,14]. 然而直到現(xiàn)在, 也沒有直接的 遺傳學(xué)證據(jù). 雖然已有研究揭示了多次同源多倍化發(fā)生在鯽魚復(fù)合體群體中[7], 但是本研究最重要的發(fā)現(xiàn)是為證明150條染色體的鯽魚是同源三倍體的起源提供了直接的細胞遺傳學(xué)證據(jù). 那么鯽魚復(fù)合體中同源三倍體鯽魚可能的起源是什么? 一些研究推測是雜交導(dǎo)致了自然界中的多倍體魚形成. 例如, 異育銀鯽就被認為是起源于遠古時期雌性二倍體鯽魚與雄性鯉魚的雜交[26]. 通常來說, 由于染色體來源于兩個不同的物種, 遠緣雜交是形成異源多倍體, 而不形成同源多倍體[27]. 事實上, 遠緣雜交是可以通過特殊的減數(shù)分裂方式誘導(dǎo)同源多倍體形成[19]. 以前的研究中, 在紅鯽(2n=100, AA)(♀)×團頭魴(2n=48, BB)(♂)的遠緣雜交后代中獲得了兩性可育的異源四倍體鯽魴群體(4n=148, AABB)[28,29]. 有趣的是, 異源四倍體鯽魴在減數(shù)分裂過程中發(fā)生了親本染色體完全分離, 導(dǎo)致產(chǎn)生了同源三倍體的配子(AAA), 同源二倍體配子(AA)和單倍體配子(A)[18]. 因此, 當(dāng)異源四倍體鯽魴的同源二倍體精子和同源二倍體卵子受精后獲得了兩性可育同源四倍體魚(4n=200, AAAA), 并形成了遺傳穩(wěn)定的同源四倍體魚品系(F2~F8)[19]. 因此推測, 洞庭湖水系中的同源三倍體鯽魚來源于雌性的二倍體鯽魚和不同物種的雄性魚類雜交.
Click to view Download high-quality image
圖 1：2nCC和3nCC的中期染色體分裂相
Click to view Download high-quality image
圖 2：5S rDNA探針雜交信號
Click to view Download high-quality image
圖 3：物種特異性的染色體著絲粒探針雜交信號
表 1 2CC和3CC染色體數(shù)目的分布|
魚類 |
中期染色體數(shù)目 |
染色體數(shù)目分布 |
|
|
|
|
|
|
<100 |
100 |
<150 |
150 |
|
2nCC |
200 | 16 | 184 | - | - |
|
3nCC |
200 | - | - | 33 | 167 |
表2：2CC、3CC、鯉魚、團頭魴、草魚和翹嘴紅鲌?zhí)结橂s交信號
|
魚類 |
染色體數(shù)目 |
著絲粒探針 |
5S rDNA探針 |
|
|
|
|
位點數(shù)目 |
強信號數(shù) |
弱信號數(shù)目 |
|
2nCC |
100 | 100 | 2 | 2 |
|
3nCC |
150 | 150 | 3 | 3 |
|
鯉魚 |
100 | 0 | 0 | 0 |
|
團頭魴 |
48 | 0 | 0 | 0 |
|
草魚 |
48 | 0 |
未檢測 |
|
| 翹嘴紅鲌 | 48 | 0 | 未檢測 |
Interest statement 同等貢獻
References
[1] Zhou L, Gui J F. Karyotypic diversity in polyploid gibel carp, Carassius auratusgibelio Bloch. Genetica, 2002, 115: 223-232 CrossRef Google Scholar
[2] Zhu H P, Ma D M, Gui J F. Triploid origin of the gibel carp as revealed by 5S rDNA localization and chromosome painting. Chromosome Res, 2006, 14: 767-776 CrossRef Google Scholar
[3] Cherfas N B. Natural triploidy in females of the goldfish (Carssius auratusgibelio). Genetica, 1966, 12: 16-24 Google Scholar
[4] Zan R G, Song Z. Analysis and comparison between the karyotypes of Cyprinus carpioand Carassius auratusas well as Aristichthys nobilis and Hypophthalmichthys molitrix. Acta Genet Sin, 1980, 17: 72-80 Google Scholar
[5] Yu X J. China Freshwater Fisheries Chromosome. Beijing: Science Publishing House. 1989, Google Scholar
[6] Xiao J, Zou T M, Chen Y B, et al. Coexistence of diploid, triploid and tetraploid crucian carp (Carassius auratus) in natural waters. BMC Genet, 2011, 12: 20 Google Scholar
[7] Luo J, Gao Y, Ma W, et al. Tempo and mode of recurrent polyploidization in the Carassius auratus species complex (Cypriniformes, Cyprinidae). Heredity, 2014, 112: 415-427 CrossRef Google Scholar
[8] Jakovli? I, Gui J F. Recent invasion and low level of divergence between diploid and triploid forms of Carassius auratus complex in Croatia. Genetica, 2011, 139: 789-804 CrossRef Google Scholar
[9] Jiang F F, Wang Z W, Zhou L, et al. High male incidence and evolutionary implications of triploid form in northeast Asia Carassius auratus complex. Mol Phylogenet Evol, 2013, 66: 350-359 CrossRef Google Scholar
[10] Yang X Q, Chen M R, Yu X M, et al. Preliminary studies on the mode of reproduction in crucian carp (Carassius auratus) of Pengze. Acta Hydrobiol Sin, 1992, 16: 277-280 Google Scholar
[11] Mezhzherin S, Kokodiy S. Genetic structure of silver Prussian carp Carassius (Superspecies auratus) (Linnaeus, 1758) colonies from the Middle Dnieper. Basin Russian J Genet, 2010, 46: 725-731 CrossRef Google Scholar
[12] Koboyasi H. A Cytological study on gynogenesis of the triploid ginbuna (Carassius auratus langsdorfii). Zool Mag, 1971, 80: 316-322 Google Scholar
[13] Zan R G. Studies of sex chromosomes and C-banding karyotypes of two forms of Carassius auratusin Kunming Lake. Acta Genet Sin, 1982, 9: 32-39 Google Scholar
[14] Yu H X, Xu H, Guan H W. Preliminary study on the karyotypes of the natural gynogenetic crucian carp Carassius auratus (A form) of Puan, Guizhou province. Acta Hydrobiol Sin, 1992, 16: 87-89 Google Scholar
[15] Martins C P, Galetti P M. Organization of 5S rDNA in species of the ?sh Leporinus: two different genomic locations are characterized by distinct nontranscribed spacers. Genome, 2001, 44: 903-910 CrossRef Google Scholar
[16] Murakami M, Fujitani H. Characterization of repetitive DNA sequences carrying 5S rDNA of the triploid ginbuna (Japanese silver crucian carp, Carassius auratus langsdor?). Genes Genet Syst, 1998, 73: 9-20 CrossRef Google Scholar
[17] 覃 欽博, 戴 婧, 劉 少軍, et al. 異源三倍體鯽魴的遺傳組成和生殖特性觀察. 水產(chǎn)學(xué)報, 2014, 38: 356-361 Google Scholar
[18] Qin Q B, Wang Y D, Wang J, et al. The abnormal chromosome behavior during meiosis was revealed in allotetraploid of Carassius auratus red var. (♀)×Megalobrama amblycephala (♂). BMC genetics, 2014, 15: 95 Google Scholar
[19] Qin Q B, Wang Y D, Wang J, et al. The autotetraploid fish derived from hybridization of Carassius auratus red var. (female)×Megalobrama amblycephala (male). Biol Reprod, 2014, 91: 93 CrossRef Google Scholar
[20] He W G, Qin Q B, Liu S J, et al. Organization and variation analysis of 5S rDNA in different ploidy-level hybrids of red crucian carp×topmouth culter. PLoS One, 2012, 7: e38976 CrossRef Google Scholar
[21] Venkatesh B. Evolution and diversity of fish genomes. Curr Opin Genet Dev, 2003, 13: 588-592 CrossRef Google Scholar
[22] Wang J T, Li J T, Zhang X F, et al. Transcriptome analysis reveals the time of the fourth round of genome duplication in common carp (Cyprinus carpio). BMC Genomics, 2012, 13: 96 CrossRef Google Scholar
[23] Luo J, Stadler P F, He S P, et al. PCR survey of hox genes in the gold?sh Carassius auratus auratus. J Exp Zool B Mol Dev Evol, 2007, 308B: 250–258. Google Scholar
[24] Gui J, Zhou L. Genetic basis and breeding application of clonal diversity and dual reproduction modes in polyploidy Carassius auratus gibelio. Sci China Life Sci, 2010, 53: 409-415 CrossRef Google Scholar
[25] Li X Y, Zhang X J, Li Z, et al. Evolutionary history of two divergent Dmrt1 genes reveals two rounds of polyploidy origins in gibel carp. Mol Phylogenet Evol, 2014, 78: 96-104 CrossRef Google Scholar
[26] Chun F L, Yang S T, Gui J F. Differential screening and characterization analysis of the egg envelope glycoprotein ZP3 cDNAs between gynogenetic and gonochoristic crucian carp. Cell Res, 2001, 11: 17-27 CrossRef Google Scholar
[27] 劉 少軍. 遠緣雜交導(dǎo)致不同倍性魚的形成. 中國科學(xué): 生命科學(xué), 2010, 40: 104-114 Google Scholar
[28] Liu S J, Qin Q B, Xiao J, et al. The formation of the polyploidy hybrids from different subfamily fish crossing and its evolutionary significance. Genetics, 2007, 176: 1023-1034 Google Scholar
[29] Qin Q B, He W G, Liu S J, et al. Analysis of 5S rDNA organization and variation in polyploid hybrids from crosses of different fish subfamilies. J Exp Zool B Mol Dev Evol, 2010, 314B: 403–411. Google Scholar
聲明：本站未注明出處的轉(zhuǎn)載文章是出于傳遞更多信息之目的。若有未注明出處或標(biāo)注錯誤或侵犯了您的合法權(quán)益，請與本網(wǎng)站聯(lián)系，我們將及時更正、刪除，謝謝！
歡迎關(guān)注本站"養(yǎng)魚第一線"微信公眾帳號和養(yǎng)魚第一線劉文俊視頻號！將會定期向你推送本號信息！將為你精誠服務(wù)！
文章評論
發(fā)表評論：(匿名發(fā)表無需登錄，已登錄用戶可直接發(fā)表。) 登錄狀態(tài)：
未登錄,點擊登錄
