魚蝦類的分子標(biāo)記研究進(jìn)展

周國(guó)鋒，曾碧健

(廣東第二師范學(xué)院，廣東 廣州 510303)

1 引言

分子標(biāo)記(Molecular marker )是從DNA水平上揭示個(gè)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(xì)胞學(xué)標(biāo)記相比，分子標(biāo)記對(duì)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(biāo)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(biāo)記方式，如RAPD、RFLP等。分子標(biāo)記也具有不同的技術(shù)，如隨機(jī)擴(kuò)增多態(tài)性DNA、DNA擴(kuò)增指紋印跡、序列標(biāo)志位點(diǎn)等[1]。發(fā)展分子標(biāo)記技術(shù)有利于保護(hù)部分特殊魚類種群。時(shí)至今日，分子標(biāo)記技術(shù)已經(jīng)逐漸成熟，且標(biāo)記方法多樣。在多種標(biāo)記方法中，微衛(wèi)星標(biāo)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(biāo)記好等優(yōu)點(diǎn)，已廣泛應(yīng)用于水生動(dòng)物親子鑒定、遺傳連鎖圖譜和多樣性研究中。在諸多分子標(biāo)記方法中，魚蝦類的分子標(biāo)記應(yīng)用微衛(wèi)星標(biāo)記方法較多。

微衛(wèi)星標(biāo)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(dāng)前的魚蝦類分子標(biāo)記中較為常見。相較于其他技術(shù)來說，微衛(wèi)星技術(shù)標(biāo)記的結(jié)果更為可靠，且具有可比性高的特點(diǎn)，在基因范圍方面也覆蓋較廣，是一種近似理想的遺傳標(biāo)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(guó)內(nèi)外研究學(xué)者就微衛(wèi)星標(biāo)記魚蝦類的分子標(biāo)記應(yīng)用中已進(jìn)行了多項(xiàng)探索。

3 魚蝦類的分子標(biāo)記應(yīng)用研究

3.1 魚蝦親本鑒定

目前正在進(jìn)行的魚蝦分子標(biāo)記研究，多數(shù)是為了討論魚蝦種群的基因親本庫(kù)，以促進(jìn)魚蝦遺傳圖譜的整合，實(shí)現(xiàn)對(duì)魚蝦的保護(hù)和進(jìn)化基因組研究。微衛(wèi)星位點(diǎn)是一種高效、快速、經(jīng)濟(jì)的方法，可作為水生動(dòng)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(biāo)記方法以研究庫(kù)魯馬蝦后代。從已知的22個(gè)母系中，在六個(gè)微衛(wèi)星位點(diǎn)上對(duì)無節(jié)幼體進(jìn)行分型，并進(jìn)行親子分析。分析數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，子代對(duì)其“真”母親的分配成功率低于模擬預(yù)測(cè)值，只有47%的后代被正確分配。其結(jié)論認(rèn)為，分子標(biāo)記親子分析作為一個(gè)工具，在蝦選育方面擁有較大的優(yōu)勢(shì)。

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(biāo)記技術(shù)在魚蝦親本鑒定有利于對(duì)河海重要魚蝦品種的親本鑒定和保護(hù)。2016年，Heras S對(duì)藍(lán)蝦和紅蝦進(jìn)行高變微衛(wèi)星標(biāo)記，認(rèn)為微衛(wèi)星標(biāo)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(diǎn)的等位基因長(zhǎng)度成功建立并優(yōu)化了4個(gè)多重PCR體系，利用這些系統(tǒng)對(duì)凡納濱對(duì)蝦11個(gè)家系進(jìn)行系譜分析，發(fā)現(xiàn)微衛(wèi)星標(biāo)記多重PCR系統(tǒng)可以作為凡納濱對(duì)蝦遺傳多樣性和系譜分析的有效方法[4]。

相較于國(guó)外的研究來說，國(guó)內(nèi)的研究更具有針對(duì)性，主要是針對(duì)我國(guó)魚蝦的分子標(biāo)記技術(shù)研究。如2016年，楊忠禮在《蘭州鲇EST-SSR分子標(biāo)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(duì)蘭州鲇的EST-SSR標(biāo)記進(jìn)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(yuǎn),其通用性隨之降低[5]。2016年，龔瑞玥等基于SRAP分子標(biāo)記對(duì)黃顙魚屬進(jìn)行遺傳多樣性研究,選用64對(duì)SRAP引物作為研究對(duì)象，發(fā)現(xiàn)瓦氏黃顙魚比黃顙魚少了一個(gè)DNA片段。基于研究結(jié)果設(shè)計(jì)了一對(duì)引物，提供了高效識(shí)別雜交種的方法[6]。2010年，傅洪拓等基于SRAP分子標(biāo)記對(duì)海南沼蝦種群遺傳多樣性進(jìn)行分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)5個(gè)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(zhǔn)確鑒定遺傳基因是檢測(cè)新品種所必需的工作。魚類作為一個(gè)群體，在所有脊椎動(dòng)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(duì)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(biāo)記技術(shù)可以得到更多信息。譬如穴居海蝦是河口底棲動(dòng)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(gè)微衛(wèi)星位點(diǎn)對(duì)兩個(gè)穴居海蝦物種進(jìn)行分子標(biāo)記，用于作為減少貝類養(yǎng)殖的參考，為河口底棲動(dòng)物種群結(jié)構(gòu)和多樣性提供了一個(gè)有用的工具[8]。2016年，Mandal S開發(fā)了種特異性微衛(wèi)星標(biāo)記，利用親和捕獲方法構(gòu)建了4個(gè)河流的富集基因組文庫(kù)。在群體遺傳學(xué)中驗(yàn)證了標(biāo)記的實(shí)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(diǎn)對(duì)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(biāo)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(biāo)記對(duì)東方墨頭魚、紋唇魚種群進(jìn)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(hù)

分子標(biāo)記技術(shù)在魚蝦類的種群保護(hù)方面也具有積極作用，首先，通過分子標(biāo)記可以獲得更多基因信息，從而對(duì)魚蝦類病毒進(jìn)行有效治理。2017年，Alcivarwarren A構(gòu)建了一個(gè)基于簡(jiǎn)單序列重復(fù)的、微衛(wèi)星遺傳標(biāo)記的初步低密度連鎖圖譜(SPF)蝦。標(biāo)記位點(diǎn)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(gè)物種之間的相似性和變異性。其結(jié)論認(rèn)為，這些基于DNA的標(biāo)記與形態(tài)學(xué)標(biāo)記可用于分類學(xué)問題、育種程序、研究遺傳變異、基因標(biāo)記以及遺傳多樣性評(píng)估、品種發(fā)育研究，尤其是對(duì)魚蝦類的保護(hù)方面起到重要作用[12]。

受到外來魚蝦物種的影響，我國(guó)魚蝦的生存空間被擠壓，分子標(biāo)記技術(shù)對(duì)我國(guó)魚蝦類的保護(hù)具有重要意義。早在2008年，張姝就對(duì)分子標(biāo)記/形態(tài)標(biāo)記在蝦、蟹研究中的應(yīng)用進(jìn)行了探討，分析了近交系數(shù)與生長(zhǎng)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(duì)高溫的耐受性不如進(jìn)口蝦。對(duì)本地蝦不耐高溫和耐高溫兩個(gè)性狀池進(jìn)行分子標(biāo)記的篩選，篩查本地蝦與耐高溫性狀相關(guān)的SNP位點(diǎn)[13]。

2016年，李偉亞利用分子標(biāo)記對(duì)中國(guó)對(duì)蝦放流效果進(jìn)行評(píng)估研究，其指出，分子標(biāo)記方法可以解決傳統(tǒng)放流標(biāo)志的限制,提升對(duì)蝦增殖放流效果，同時(shí)可以為中國(guó)對(duì)蝦放流提供精確評(píng)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(jì)劃，而分子標(biāo)記就是有用的方式。Janssen A等的研究設(shè)計(jì)了選育埃及海蝦抗病性和生長(zhǎng)的選育方案。在埃及現(xiàn)有的對(duì)蝦育種方案中，篩選出了一些多態(tài)性微衛(wèi)星標(biāo)記，并應(yīng)用標(biāo)記輔助選擇。該項(xiàng)目成功地分離和鑒定了對(duì)蝦的微衛(wèi)星遺傳標(biāo)記，并從育種計(jì)劃中追溯了不同家系的譜系[15]。

此外，分子標(biāo)記技術(shù)為魚蝦類育種提供了更多有效的方法。2009年，全國(guó)動(dòng)物遺傳育種及生物技術(shù)研討會(huì)研究人員楊柯、馬春艷在《凡納濱對(duì)蝦選育世代的微衛(wèi)星標(biāo)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(jì)的微衛(wèi)星標(biāo)記)來控制親緣交配的方式。結(jié)果表明，微衛(wèi)星標(biāo)記的使用表明微衛(wèi)星位點(diǎn)的雜合度與個(gè)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(shí)，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(biāo)記對(duì)不同日本對(duì)蝦進(jìn)行遺傳鑒定，發(fā)現(xiàn)日本對(duì)蝦子代的觀測(cè)雜合度明顯低于親本，日本對(duì)蝦繼承親本遺傳信息的過程中丟失了一定的雜合性。認(rèn)為下一步的配種計(jì)劃中應(yīng)盡量避免部分分子標(biāo)記位點(diǎn)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(dāng)前魚蝦類的分子標(biāo)記技術(shù)應(yīng)用較為廣泛，應(yīng)用的技術(shù)也更為先進(jìn)化，尤其微衛(wèi)星標(biāo)記技術(shù)在當(dāng)前的魚蝦類分子標(biāo)記中起到重大的作用。根據(jù)對(duì)國(guó)內(nèi)外研究文獻(xiàn)的收集，發(fā)現(xiàn)當(dāng)前魚蝦類的分子標(biāo)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(hù)、魚蝦育種等方面。分子標(biāo)記技術(shù)對(duì)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(biāo)記也是進(jìn)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(zhǔn)化的基因數(shù)據(jù)，研究魚蝦類的分子標(biāo)記非常具有學(xué)術(shù)意義和現(xiàn)實(shí)意義。