草鱼出血病抗性基因的集群分离分析

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草鱼是我国的重要水产养殖品种,但是草鱼养殖业的发展受到病害尤其是出血病的阻碍。抗性基因的发掘以及抗病品种的培育对于草鱼养殖业的发展具有重要的意义。本研究对草鱼四个组织(鳃、肠、肝脏、脾脏)在GCRV感染前后七个时间点的RNA进行转录组分析,选取感染后2h差异表达(≥4倍)的296个基因进行扩增随后进行高通量测序。对上述296个候选基因进行等位基因频率分析,发现8个基因在死亡和存活群体中的等位基因频率呈现显著差异。通过基因型/表型关联进一步分析,筛选到一个GCRV抗性相关基因SMTNL-2,其不同基因型个体的存活率呈现显著差异,其中TAG/TAG基因型个体的抗病力明显高于其他基因型。选择TAG/TAG纯合基因型亲本,构建了TAG/TAG基因型的全同胞家系(K-01)群体,K-01群体的攻毒实验结果显示,其感染后存活率显著高于对照群体。为进一步在全基因组范围内发掘出血病抗性基因,以K-01攻毒后的存活和死亡群体为材料,通过集群分离分析法(BSA)测序分析,发现了27个候选抗性基因,并完成了实验群体(321尾)的基因型分型。随后通过基因型/表型关联分析,筛选出2个抗病相关基因。详细结果如下:  1.八个出血病抗性候选基因的获得  对一个草鱼随机交配群体进行GCRV感染实验,在感染前后的7个时间点分别对4个组织样品(鳃、肠、肝脏、脾脏)进行取材,提取RNA进行转录组测序。基于转录组分析,选择感染后2h在四个组织中显著上调表达(≥4倍)的296个基因作为候选基因。根据草鱼基因组序列信息,设计PCR引物,对296个候选基因区域进行PCR扩增,分别获得存活组和死亡组的PCR扩增产物。用上述扩增产物分别构建Illumina测序文库,进行高通量测序。通过对两个极端表型(存活与死亡)群体与对照群体之间的等位基因频率分析,筛选到8个出血病抗性候选基因。  2.一个出血病抗性基因的获得及其抗病力验证  对一个5000尾的全同胞家系进行GCRV感染实验,取攻毒后存活的100尾个体作为实验材料,对上述8个草鱼出血病抗性候选基因进行基因型检测和统计分析,筛选到一个草鱼出血病抗性基因SMTNL-2。在GCRV感染后存活的个体中,SMTNL-2不同基因型个体的比例存在显著差异,其中TAG/TAG基因型个体的比例达55%,明显高于其他基因型个体。基于4种基因型的理论比例推算,TAG/TAG基因型个体的理论存活率为51.7%。为了验证TAG/TAG基因型的实际抗病力,筛选到一对TAG/TAG纯合基因型亲本(F17、M31),构建了TAG/TAG纯合基因型群体,命名为K-01。GCRV感染实验结果显示,K-01群体存活率为42.4%,而普通对照组为27.6%,TAG/TAG基因型存活率显著高于对照群体。  3.出血病抗性基因的集群分离分析  GCRV感染K-01群体,取等数量的存活和死亡个体(各50尾),分别构建存活和死亡组DNA混合池,进行Illumina深度测序。以草鱼基因组框架图(V11版)为参考序列,采用population2分析软件,对两个混合池的测序数据进行了等位基因频率分析,发现177个SNP位点等位基因频率在两个混合池中存在显著差异。根据基因功能注释信息和基因结构特征,选取27个基因(包含30个SNP位点)作为后续分析的候选基因。  4.候选基因的关联分析  以上述27个候选基因为对象,进行基因型表型关联分析。以等位基因频率差异显著的SNP位点为主位点,同时选取合适的SNP位点作为辅助位点,用以鉴定父母本及子代群体的单倍型。根据SNP位点旁侧序列,设计PCR引物扩增靶位点DNA片段(230-260bp)。PCR扩增产物进行Illumina测序,完成了321尾个体(存活个体100尾,死亡个体221尾)中的25个SNP位点的关联分析,筛选出2个抗病相关基因。  本研究通过转录组和基因组测序,运用等位基因频率分析和基因型/表型关联分析方法,筛选到一个GCRV抗性相关基因,并由此构建了草鱼抗性群体K-01。以此为基础,在全基因组范围内发掘到27个候选基因,通过关联分析筛选出两个抗病相关基因,为草鱼抗病品系的培育提供了重要的靶向基因。
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