泥鰍的天然多倍體與二倍體共存的現象使之成為研究魚類的細胞地理學、發(fā)育生物學和遺傳育種學等領域的理想原材料。本書重點探討了中國自然多倍體泥鰍的起源及形成機制,對成熟的卵母細胞和初級精母細胞的減數分裂行為進行了分子細胞遺傳學觀察,可為業(yè)內專業(yè)人士提供較高研究參考,具有較高的出版價值。
序言
泥鰍是一種獨特的魚類,其一:具有多倍化現象(中國除二倍體外還存在自然三倍體、四倍體和六倍體);其二:具有獨特的生殖方式(泥鰍存在有性生殖、雌核生殖、雜種生殖三種生殖方式);其三:個體小、適應性強、好飼養(yǎng)、易繁殖。上述這些特點不僅為探討多倍化起源提供了重要的生物學平臺,也為水產動物遺傳和育種的研究提供了理想原材料。
自2006年以來,李雅娟教授及其所帶領的團隊在中國自然多倍體泥鰍的遺傳學研究方面取得了顯著成績,在理論和技術上都有創(chuàng)新性貢獻。她們將多倍體以及與多倍體同分布的二倍體的減數分裂方式、配子形成和生殖方式與多倍體的產生聯系了起來;從細胞和分子水平上揭示了中國泥鰍自然三倍體、四倍體的生殖特性及其形成機制。查清了中國泥鰍自然多倍體的分布頻率;明確泥鰍自然多倍體的生殖特性及其形成機制;闡明中國泥鰍種內遺傳關系及變異程度。利用天然四倍體泥鰍與二倍體雜交制備了1種新型的雜交三倍體,將雜交育種和三倍體育種結合,獲得種內雜交三倍體,其方法簡單,操作方便,避免理化處理對胚胎發(fā)育的影響,是實現魚類產業(yè)化生產的一條切實可行的途徑,具有良好的應用前景。她們還從表觀遺傳學的角度對雜交三倍體泥鰍及其親本DNA甲基化水平差異和關鍵基因的甲基化調控機制進行分析,探索雜交三倍體優(yōu)勢性狀的表觀遺傳機理,從而促進雜交三倍體泥鰍雜種優(yōu)勢的形成,為今后魚類三倍體雜種優(yōu)勢形成機理提供理論與技術支持。
《中國自然多倍體泥鰍的遺傳學研究》是以20062011年李雅娟承擔的日本學術振興會論文博士獎學金項目中國產自然多倍體泥鰍分布、生殖、起源及養(yǎng)殖特性研究(CSC10610);20112014年主持的遼寧省自然科學基金項目自然三倍體泥鰍的分子細胞遺傳學研究(201102019);20122016年主持的國家自然科學基金項目泥鰍雜交三倍體染色體組穩(wěn)定性及其表觀遺傳機制解析(31272650)取得的研究成果為基礎編寫而成。該書是一部研究遺傳理論與育種實踐相結合的專著,集科學性、技術性和知識性為一體。作為國內第一部系統(tǒng)介紹中國自然多倍體泥鰍的遺傳學專著,相信本書將對從事泥鰍遺傳育種研究的工作者有所幫助,可供有關研究人員和研究生學習及參考。作為長期從事魚類遺傳學和魚類遺傳育種研究的一員,是為序。
中國科學院院士、發(fā)展中國家科學院院士前言
泥鰍(Misgurnus anguillicaudatus)是亞洲特有的鰍科魚類之一,也是我國常見的小型淡水魚類,除青藏高原外在我國各地均有分布。泥鰍肉質鮮美,營養(yǎng)豐富,是重要的養(yǎng)殖種類。泥鰍的倍性一直受國內外學者所關注。Arai等對日本產自然三倍體泥鰍的分布有詳細報道,但沒有發(fā)現自然四倍體。以往我國多倍體泥鰍分布的報道也僅在長江流域發(fā)現有大量的四倍體(4n=l00)的存在,但沒有發(fā)現自然三倍體。2006年筆者所在的課題組對我國黑龍江、遼河及長江三大水系的泥鰍倍性的分布情況進行了詳細調研,首次發(fā)現在湖北省的洪湖、赤壁、沙市3個地方同一棲息場所既有二倍體也有三倍體和四倍體泥鰍。雖然魚類中多倍體現象較為普遍,但是同一種魚類同時存在自然三倍體和四倍體的現象則較為少見,這種自然的多倍體與二倍體共存現象為探討多倍化起源提供了重要的生物學平臺。不僅可以作為模式魚來研究多倍體的進化生物學,還為水產動物遺傳和育種的研究提供了理想原材料。
自然四倍體泥鰍具有生長快、耗氧率低、營養(yǎng)價值高等特點,在遺傳育種上有著重要的種質價值,是我國特有的、非常珍貴的種質資源。因此,利用自然四倍體泥鰍進行遺傳學和育種學研究具有重要的理論和現實意義。筆者從2006年至今對我國特有的自然四倍體泥鰍的起源、染色體組構成及生殖特性等進行了詳細研究,從細胞及分子水平上闡明了我國天然四倍體泥鰍是遺傳的四倍體(4n=100)、能產生正常的2n卵子和2n精子,是同源四倍體、正在二倍化途中等重要的遺傳學特性。利用天然四倍體泥鰍與二倍體泥鰍雜交制備了1種新型的雜交三倍體泥鰍,并以雜交三倍體泥鰍育性為切入點,從細胞及分子水平對雜交三倍體泥鰍的染色體組穩(wěn)定性及表觀遺傳學機制進行了系統(tǒng)的研究,為我國三倍體魚類的產業(yè)化探索高效易行的新途徑奠定了基礎。
另外,卵核減數分裂染色體標本制備技術在多倍體研究上國內外屬首例,該項技術的突破,為多倍體魚類的起源及形成機制的研究起到推動作用,并為三倍體魚類的開發(fā)和利用提供了細胞學依據。筆者首次將染色體熒光原位雜交技術及初期胚胎DAPI熒光染色方法應用到魚類多倍體研究上,建立多倍體泥鰍鰭細胞系,研究了氯化鎘和殺蟲單對不同倍性泥鰍鰭細胞系的毒性和作用機理,尤其是引起的遺傳學損傷,建立了檢測水體中氯化鎘和殺蟲單污染的細胞模型。該技術取得授權國家發(fā)明專利5項。
本書是一部研究遺傳理論與育種實踐相結合的專著,也是我們十余年在中國多倍體泥鰍遺傳與育種研究的部分成果的總結,既有基本理論,又有關鍵技術。全書共15章,緒論(第1章);中國自然多倍體泥鰍的分布、染色體核型及形態(tài)特征(第2章);中國自然多倍體泥鰍線粒體DNA控制區(qū)的序列分析(第3章);中國自然四倍體泥鰍分子細胞遺傳學(第4章);中國自然四倍體泥鰍染色體構成(第5章);中國自然四倍體泥鰍染色體減數分裂行為(第6章);中國自然多倍體泥鰍生殖特性(第7章);不同倍性及親子代泥鰍的DNA甲基化差異分析(第8章);雜交三倍體泥鰍培育及染色體組穩(wěn)定性(第9章);雜交三倍體泥鰍減數分裂及配子染色體研究(第10章);雜交三倍體泥鰍的生殖特性(第11章);雜交三倍體泥鰍配子染色體組構成研究(第12章);不同倍性泥鰍鰭細胞系的建立及生物學特性分析(第13章);氯化鎘對不同倍性泥鰍鰭細胞系的毒性效應(第14章);殺蟲單對不同倍性泥鰍鰭細胞系的毒性作用(第15章)。作為國內第一部系統(tǒng)介紹中國自然多倍體泥鰍的遺傳學專著,相信本書將對從事泥鰍遺傳育種研究的工作者有所幫助,可供有關研究人員和研究生學習及參考。
本書是以碩士研究生王佳博、袁旭、田萍萍、李瑩、錢聰、高養(yǎng)春、王玉生、劉博、徐雯、隋燚、齊紅蕊、麻天宇、馬辰、向陽、吳迪等部分研究結果為基礎,加上最新研究成果編寫而成。研究工作得到日本北海道大學荒井克俊教授、黑龍江水產研究所孫效文研究員及中國海洋大學張全啟教授的幫助和指導,其出版得到國家自然科學基金(31272650)項目的資助。在此表示衷心的感謝。
由于筆者對相關領域的理論認識不足,錯誤和欠妥之處在所難免,懇請各位專家和同志批評指正。
著者2017年5月目錄
李雅娟,系大連海洋大學職工,李雅娟,博士,大連海洋大學水產與生命學院教授,承擔國家863、國家自然科學基金、省重大、重點項目、省基金等多項科研項目。
第1章緒論
11魚類染色體的多倍性
12魚類自然多倍體形成機制
13魚類多倍體誘導
14人工誘導多倍體產生的方法
15多倍體的鑒定
16多倍體的生物學特性
17多倍體的應用
18多倍體泥鰍研究現狀
第2章中國自然多倍體泥鰍的分布、染色體核型及形態(tài)特征
21中國自然多倍體泥鰍的分布
22中國自然多倍體泥鰍染色體核型及形態(tài)特征
第3章中國自然多倍體泥鰍線粒體DNA控制區(qū)的序列分析
31引言
32材料與方法
33結果
34討論
第4章中國自然四倍體泥鰍分子細胞遺傳學研究
41二倍體、四倍體泥鰍的銀染核型
42CMA3/DA/DAPI三重熒光染色
43人58S 28SrDNA-FISH
第5章中國自然四倍體泥鰍染色體構成研究
51引言
52材料與方法
53結果
54討論
第6章中國自然四倍體泥鰍染色體減數分裂行為
61引言
62材料與方法
63結果
64討論
第7章中國自然多倍體泥鰍生殖特性研究
71引言
72材料與方法
73結果
74討論
第8章不同倍性及親子代泥鰍的DNA甲基化差異分析
81泥鰍MSAP技術反應體系的建立及優(yōu)化
82不同倍性及親子代泥鰍的DNA甲基化差異分析
第9章雜交三倍體泥鰍培育及染色體組穩(wěn)定性研究
91雜交三倍體泥鰍早期胚胎染色體組成研究
92不同倍性泥鰍雜交后代染色體數目組成的研究
93二倍體泥鰍四倍體泥鰍F1的不同發(fā)育階段染色體核型分析
第10章雜交三倍體泥鰍減數分裂及配子染色體研究
101雜交三倍體泥鰍的減數分裂
102雜交三倍體泥鰍精母細胞染色體的帶型及rDNA定位
第11章雜交三倍體泥鰍的生殖特性
111引言
112材料與方法
113結果
114討論
第12章雜交三倍體泥鰍配子染色體組構成的研究
121引言
122材料與方法
123結果
124討論
第13章不同倍性泥鰍鰭細胞系的建立及生物學特性分析
131引言
132材料與方法
133結果
134討論
第14章氯化鎘對不同倍性泥鰍鰭細胞系的毒性效應
141引言
142材料與方法
143結果
144討論
第15章殺蟲單對不同倍性泥鰍鰭細胞系的毒性作用
151引言
152材料與方法
153結果
154討論
參考文獻
附圖171