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摘要远缘杂交能整合不同物种的基因组，引起杂交子代基因组的重组或加倍，是物种进化的重要驱动力。同源四倍体鲫品系（AutotetraploidCrucianCarp，4nRCC，4n=200，F2-F15）来源于红鲫（♀，Carassiusauratusredvar.，2nRCC，2n=100）与团头鲂（♂，Megalobramaamblycephala，BSB，2n=48）的亚科间杂交，含有4套红鲫染色体，但其在基因型和表型上发生了明显的改变。同源四倍体动物有可能因同源染色体联会配对紊乱而不育，而本实验室建立的两性可育的同源四倍体鲫品系为研究多倍体化对性腺发育的影响提供了宝贵材料。本实验室还利用同源四倍体鲫产生的二倍体精子进行雄核发育，获得了YY超雄鱼（2n=100），并将YY超雄鱼与雌性同源四倍体鲫交配制备了全雄改良同源四倍体鲫（all-maleimprovedautotetraploidcruciancarp，4n=200）。本研究通过对全雄改良同源四倍体鲫不同发育时期的精巢组织结构和转录组数据进行分析，同时对红鲫和同源四倍体鲫中与性腺发育相关基因（Sox、Amh和Cyp19a1a等）的序列结构、表达、表观遗传修饰以及拷贝数等特征进行比较分析，探究了同源四倍体鲫遗传对生殖特性的影响。具体研究结果如下：<br>　　1.全雄改良同源四倍体鲫精巢不同发育时期的组织学观察。石蜡切片结果显示，45dph时出现少量性原细胞；95dph时观察到大量性原细胞；105dph时可同时观察到大量精原细胞、少量初级精母细胞和次级精母细胞；120dph时大部分个体都能挤出白色精液，此时观察到少量精原细胞、大量初级精母细胞和次级精母细胞、精子细胞以及成熟的精子。以红鲫为对照，全雄改良同源四倍体鲫能产生正常结构的二倍体精子（2n=100）。此外，本研究发现与性腺发育相关基因（Sox9a、Dmrt1和Amh）在35-45dph发育阶段的全雄改良同源四倍体鲫的表达中出现明显波动，结合切片结果，推测其为四倍体鱼类精巢发育的关键时期。该研究结果为多倍体鱼的单性育种提供了细胞生物学和分子生物学依据。<br>　　2.全雄改良同源四倍体鲫精巢不同发育时期的转录组分析及验证。利用IlluminaHiseq高通量测序平台对全雄改良同源四倍体鲫7个不同发育时期（25dph、35dph、40dph、45dph、65dph、95dph和120dph）精巢组织进行二代转录组测序，共得到56,188条unigene，其中31,863条注释到已知基因。经差异基因分析发现40dph、45dph和65dph这三个时期之间的差异基因数量最少（72-275个），推测40-65dph可能为精巢组织持续发育的关键时间段。然后对各组差异基因分别进行功能富集分析，并在富集的通路中筛选到与性腺发育过程相关的Reproduction、Reproductiveprocess等功能基因通路；调取了Reproduction、Reproductiveprocess功能中的293个基因及其各自的表达量，分析了其在精巢发育各个时期表达量的变化，发现在45dph时，部分基因表达量发生骤变；结合精巢组织切片结果，推测45dph可能是精巢启动发育的关键时间点。这一研究结果为筛选同源四倍体鲫精巢发育关键候选基因奠定基础。<br>　　3.红鲫和同源四倍体鲫（F13）的Sox9a-Amh-Cyp19a1a调控级联反应中基因序列、表达和表观遗传修饰等特征的比较分析。四倍体化后，红鲫中两个Sox9a基因拷贝发生了复制，在同源四倍体鲫中表现为四个不同的拷贝，且编码区序列存在明显的SNPs（singlenucleotidepolymorphisms）位点的插入/缺失以及突变；与红鲫相比，同源四倍体鲫的Amh和Cyp19a1a基因启动子序列也存在SNPs位点突变，引起了启动子区域CpG位点的插入和缺失，进而导致了同源四倍体鲫的Amh和Cyp19a1a基因启动子区域的DNA甲基化情况的改变；且四倍体化事件发生后，同源四倍体鲫的Sox9a、Amh和Cyp19a1a基因的甲基化水平均有所增加；这些遗传和表观遗传的改变，影响了这些基因在表达水平的变化，导致同源四倍体鲫中Sox9a、Amh和Cyp19a1a基因表达水平较红鲫均明显降低，甲基化与表达的关联性分析显示这三个基因启动子的甲基化水平与基因表达水平呈明显的负相关。这些变化对于同源多倍体适应全基因组复制所带来的后果和维持基因组平衡可能是至关重要的。<br>　　4.多轮全基因组复制对天然/人工多倍体鱼中Sox基因家族的影响。本研究比较分析了具有不同染色体数目的鱼类中Sox基因家族的基因数目及其序列特征，与斑马鱼（2n=50）中的26个Sox基因相比，在团头鲂、红鲫和同源四倍体鲫（F14）中分别鉴定出26、47、92个Sox基因，且分属于七个亚族（B1、B2、C、D、E、F和K）。与团头鲂相比，红鲫中有89.36%（42/47）的Sox基因发生了复制；与红鲫相比，同源四倍体鲫中有97.83%（90/92）的Sox基因发生了复制。这意味着Sox基因家族在多倍体化事件之后，基因数目发生了明显的扩增；系统进化分析和保守基序的鉴定表明，所有Sox基因都是保守的；此外，在多倍体化过程还发生了潜在的基因丢失、遗传变异和原始父本团头鲂的SNPs位点插入等现象。该研究结果为多倍体脊椎动物中Sox基因家族的进化提供了新的理论基础。<br>　　综上所述，本文研究了全雄改良同源四倍体鲫精巢不同发育时期的组织结构及转录组的变化；揭示了四倍体化对鱼类性腺发育相关级联调控的影响；阐明了基因组复制与鱼类性腺发育相关的基因家族中基因拷贝数的关系。本文对四倍体化影响多倍体鱼类遗传和生殖特性方面进行了系统研究，为证明同源四倍体鱼的可育性提供了分子生物学证据，在生物进化和鱼类遗传育种方面都具有重要意义。