鱼类远缘杂交正反交杂种胚胎发育差异的细胞遗传学分析

本文报道了鲤(Cyprinus carpio)×鲢(Hypophthalmichthys molitrix)、鲫(Carassiusauratus)×鲢、白鲫(Carassius auratus cuvieri)×鲢和鲢×鲤、鲢×鲫、鲢×白鲫的正反交试验。在鲤×鲢、鲫×鲢和白鲫×鲢3个正交组中,胚胎发育基本正常,尽管孵出的鱼苗绝大多数生命力弱,但孵化率都在50％左右;而在鲢×鲤、鲢×鲫和鲢×白鲫3个反交组中,胚胎发育均为畸形,不能孵化出苗。 胚胎发育细胞遗传学分析表明,鲤×鲢、鲫×鲢和白鲫×鲢的杂种胚胎几乎都是整倍体,而鲢×鲤、鲢×鲫×鲢×白鲫的杂种胚胎基本上是非整倍体,染色体数变化较大。这些正反交杂种胚胎发育的显著差异可能与其亲本物种间的基因组大小有关。文中还分析讨论了这些正反交差异与天然多倍体物种以及胚胎发育速度的相关性,认为天然多倍体物种可能具有一些不同于普通二倍体物种协调外源基因组的能力。     

银鲫精子在两性融合生殖鱼类卵质中的受精特征

红鲤(♀)×银鲫(♂)的杂种胚胎均不能成活。受精细胞学研究结果表明,雌核发育银鲫的精核在两性融合生殖的鲤鱼卵质中能转化为雄性原核,并和雌性原核融合成合子核。但在卵裂开始后,可观察到某些异常现象,如染色体丢失,多极纺锤体形成,以及第二次卵裂时受精卵的两分裂球的非同步性分裂等。我们初步认为,雌核发育银鲫的染色体和两性融合生殖的鱼类染色体之间存在某种不相容性,表现为彼此间的互相排斥。出现这种现象可能和银鲫染色体组的雌核发育遗传背景有关。     

由鲤(Cyprinus carpio)和鲫(Carassius auratus)染色体组叠加构建的 两个单性人工多倍体克隆

具有天然雌核发育的多倍体杂种鱼可防止杂种优势的分离并保持其后代的杂种优势. 由于假设诱发的多倍体鱼类的生殖模式是天然雌核发育的, 我们进行了鲤鲫杂种的多倍体诱发, 目的是描述经染色体组叠加由有性鲤鲫二倍体转化为异源三倍体及异源四倍体克隆谱系. 鲤鲫杂种产生未减数而具有两亲本染色体组杂种卵子, 未减数的雌核可与入卵的雄核融合叠加形成三倍体合子. 鲤鲫异源三倍体胚胎发育正常, 部分异源三倍体雌性个体可产生未减数的、仍保留母本的三套染色体的成熟卵子. 绝大部分鲤鲫异源人工三倍体个体的成熟卵子的雌核不与入卵的雄核融合, 具有天然雌核发育特性. 异源三倍体卵子在入卵精子的激动下由雌核发育产生全雌后代, 并形成一个单性克隆系, 后代保留异源三倍体母本的形态特征, 并靠雌核发育的生殖方式形成异源三倍体克隆系. 极少数异源三倍体个体的成熟卵子的雌核可与入卵的雄核融合, 再通过染色体组叠加形成鲤鲫异源四倍体. 所有异源四倍体的雌性产生未减数的、含有4个染色体组的成熟卵子. 异源四倍体的成熟卵子保持雌核发育特性, 在近类的精子诱发下产生单性后代, 形成一个异源四倍体单性克隆.     

人二倍体化合子的DNA 甲基化变化模式

目的:探讨人类三原核合子及二倍体化合子中DNA甲基化模式的变化情况。方法:我们采用显微操作技术去除三原核合子中两个雄原核中的一个,观察恢复了二倍体状态的胚胎的发育情况,并检测了三原核和二倍体化的合子及早期胚胎中DNA甲基化模式的动态变化。结果:二倍体化的合子的囊胚形成率与三原核合子的囊胚形成率无显著性差异;在人三原核合子中两个雄原核发生主动地DNA去甲基化而雌原核在受精后的20h后仍保持甲基化。三原核与二倍体化合子中,DNA甲基化模式没有差别。结论:去除一个雄原核不会影响合子和胚胎的DNA甲基化模式。去除多余雄原核并不能改善胚胎的发育。     

体外受精和孤雌活化过程中小鼠胚胎细胞骨架的动态变化

为研究微管在体外受精与孤雌活化过程中的动态变化,本实验比较了体外受精胚胎、SrCl2激活的孤雌胚胎和体内受精的原核期胚胎在体外发育的情况,采用免疫荧光化学与激光共聚焦显微术检测卵母细胞孤雌活化过程中及体外受精后微管及核的动态变化,以分析微管在减数分裂过程中的作用及其对早期发育的影响.结果显示,体内受精胚胎的发育率显著高于体外受精和孤雌激活胚胎体外发育率(P<0.05),而体外受精与孤雌激活胚胎在各阶段发育率差异均不显著.在体外受精中,精子入卵,激活卵母细胞,减数分裂恢复,纺锤丝牵拉赤道板卜致密排列的母源染色体向纺锤体两侧迁移;后期将染色体拉向两极;末期时,微管分布于两组已去凝集的母源染色体之间,卵母细胞排出第二极体(the second polarbody,Pb2),解聚的母源染色体形成雌原核.同时,在受精后5～8 h精子染色质发生去浓缩与再浓缩,形成雄原核.在原核形成的同时,胞质星体在雌、雄原核的周围重组形成长的微管,负责雌、雄原核的迁移靠近.孤雌活化过程中,卵母细胞恢复减数分裂,姐妹染色单体分离,被拉向两极,经细胞松弛素B处理后,活化4～6 h,卵周隙中未见Pb2,而在胞质中出现两个混合的单倍体原核,之间由微管相连接,负责两个单倍体原核的迁移靠近.与体外受精相比较,孤雌活化时卵母细胞更容易被激活,减数分裂期间微管的发育早且更完善.     

奥利亚罗非鱼与鳜杂交的受精细胞学及胚胎发育研究

通过对奥利亚罗非鱼(♀)和鳜(♂)杂交的受精细胞学观察发现:异源精子入卵后产生星光,并核化成雄性原核,与雌原核互相靠近,接触最终完全融合为一个合子核,合子核继续分裂。分析比较了奥利亚罗非鱼,鳜以及奥鳜杂种胚胎发育情况,发现杂种胚胎的发育速度在囊胚早期与母本奥利亚罗非鱼基本一致,到囊胚后期速度有所减慢,但与鳜胚胎发育速度相差很大。这表明奥利亚罗非鱼和鳜虽属不同科间的远缘杂交,但有正常的受精细胞学程序和常规的细胞分裂(卵裂)方式。     

硬骨鱼类的细胞核移植 Ⅳa．不同亚科间的细胞核移植一一由草鱼细胞核和团头鲂细胞质配合而成的核质杂种鱼

本文报道了,用细胞核移植的方法,获得亲缘关系更远的,不同亚科鱼类之间的核质杂种鱼,即由鲤科(Cyprinidae)中,雅罗鱼亚科(Leucinae) 的草鱼 (Ctenopharyngodon ldellus)的胚胎细胞核和鳊 亚科(Abramidinae)的团头鲂(Megalobrama amblycephala) 的卵细胞质配台而成的 核质杂种鱼。被移植的卵子共659个,得杂种成鱼24尾,成活率为3.6％。这些核质杂种鱼的若干形态特征,如体长/头长,体长/体高,体长/体宽,背鳍硬刺,腹棱、臀鳍条数,鳃耙数,咽喉齿,侧线鳞片数和脊椎骨数等,与草鱼者相似,这表明此核质杂种鱼的上述特征受草鱼细胞核的影响。 检查草鱼,团头鲂和由草鱼细胞核和团头鲂细胞质配台而成接质杂种鱼的染色体组成表明,它们的染色体数目均为2n=48。但这三种鱼的绝大多数染色体在形态上很难彼此区别。不过,根据我们初步观察发现,在我们于长江水产研究所选用的草鱼和团头鲂染色体组型中,它们的第十一对亚端部。着丝点染色体可以区别：草鱼中,该对染色体的臂比指数>3 (见图Id、Id’),而团头鲂中该对 染色体的臂比指数为2 (见图Ie、Ie’)。经检查也发现核质杂种鱼染色体组型中的第十一对染色体 的臂比指数也>3 (见图If、If’)。由此可见,核质杂种鱼的细胞核系来源于被移植的草鱼细胞核, 与核质杂种鱼所表现的若干形态特征所表明的结果相一致。 初步观察还表明,核质杂种鱼的生长速度明显比团头鲂快,也稍优于一般报道的草鱼的生长速 度。没有发现在这些杂种鱼中,有象草鱼那样往往困惑染疾病而死亡的例子。 目前,已有一尾雄性核质杂种鱼成熟并能产生正常的精子使草鱼卵受精。鉴于在这远缘鱼类之间 进行有性杂交,例如草鱼和团头鲂之间进行有性杂交,它们的杂交胚胎往往不正常,或在不同发育阶 段致死,或即使能获得少数成鱼,它们也因性腺发育不良而不能繁殖后代形成杂种体系。而用细胞核 移植的方法则能在远缘鱼类之间获得核质杂种鱼,它们因能繁殖而有可能发展为新的鱼类克隆,为用 生物工程的方法培育鱼类新品种探索一条新途径。有关此核质杂种鱼的生化等性状分析,将另文报 道。     

Xist敲降可以改善孤雄单倍体囊胚质量

单倍体胚胎干细胞研究一直以来吸引着研究者们的注意,它可以用作基因修饰的工具或是用于药物筛选。随着孤雄胚胎干细胞系的成功建立,更扩展了单倍体胚胎干细胞的应用前景。但单倍体孤雄胚胎发育率低,胚胎质量差,制约着孤雄单倍体胚胎干细胞的建系。为改善孤雄单倍体胚胎发育潜能及胚胎干细胞建系效率低的问题,我们检测了小鼠(Mus musculus domesticus)孤雄单倍体胚胎的体外发育过程和该过程中Xist基因表达情况。结果发现,孤雄单倍体胚胎囊胚发育率只有10%~14%,发育至囊胚所需时间差异较大,从3.5~5.5 d不等。通过核糖核酸荧光原位杂交实验(RNA-FISH)跟踪Xist基因表达情况,发现其在发育至囊胚阶段的胚胎中呈抑制状态,而在早期胚胎中多呈表达状态。通过si RNA扰低Xist表达,虽然没有改变孤雄单倍体胚胎发育到囊胚的比例,但显著提高了囊胚质量,并提高了接种胚胎内细胞团(ICM)后建立细胞系的效率。结果说明,Xist基因的表达可能是导致小鼠孤雄单倍体胚胎质量差、干细胞建系率低的原因之一。     

鲤科鱼类6个正反交人工异源三倍体胚胎的染色体变化及其发育命运

采用静水压休克保留第二极体的方法,在鲤(♀)×鲢(?)、鲫(♀)×鲢(?)、白鲫(♀)×鲢(?)和鲢(♀)×鲤(?)、鲢(♀)×鲫(?)、鲢(♀)×白鲫(?)6个正反交组合中都诱导出了异源三倍体,但只有正交鲤(♀)×鲢(?)、鲫(♀)×鲢(?)和白鲫(♀)×鲢(?)3个处理组中整倍性的异源三倍体胚胎才有可能正常发育,孵化出苗;而反交鲢(♀)×鲤(?)、鲢(♀)×鲫(?)和鲢(♀)×白鲫(?)3个处理组中的异源三倍体胚胎在发育过程中不断发生染色体排除和丢失,形成非整倍体而死亡,只有少数雌核发育二倍体鲢才能孵化出苗。结果表明,鱼类人工异源三倍体胚胎的发育命运与杂交物种间的基因组大小有关。     

小鼠胚胎体外发育培养基中氨基酸含量变化

通过检测哺乳动物早期胚胎体外发育过程中可以消耗或生成某些氨基酸的含量,可以了解胚胎的发育潜能。利用反相高效液相色谱法(RP-HPLC)检测KSOMaa培养基中17种氨基酸含量的变化,了解昆明小白鼠(Mus musculus)植入前胚胎体外培养过程中氨基酸含量的变化,旨在寻找一种能有效支持昆明小鼠胚胎体外发育的培养基氨基酸组成,优化小鼠胚胎体外培养体系。将180枚原核胚分为9组,体外培养至囊胚,分别于胚胎发育不同时期取样做高效液相色谱分析。这些氨基酸在胚胎发育不同时期的培养基中含量变化可分为5种类型:①在2细胞期增加但在4细胞期、8～16细胞期减少,囊胚期又增加的氨基酸(甘氨酸、亮氨酸、苏氨酸、缬氨酸、苯丙氨酸、酪氨酸);②在胚胎发育各个时期均下降(谷氨酸、甲硫氨酸、精氨酸、组氨酸);③在胚胎发育各个时期均增加(丝氨酸、赖氨酸、丙氨酸);④2细胞期含量减少而在其他时期持续增加(天冬氨酸、脯氨酸、色氨酸);⑤囊胚期减少,其他时期都有增加(异亮氨酸)。     

鲤和草鱼杂交四倍体及其回交三倍体草鱼杂种的研究

进行了兴国红鲤♀×草鱼♂的杂交,杂种一代染色体数为142—156,众数值为146—152,系染色体自动加倍的异源四倍体。其外形和习性接近母本,两性均能成熟,雌、雄鱼分别与草鱼进行了回交。以草鱼为母本,杂种一代为父本的回交子代全部为草鱼形,草食性。以杂种一代为母本,草鱼为父本的回交子代一部分象草鱼,一部分象鲤,但草鱼形子代成活率较低,两个回交组合的子代均为三倍体,染色体数98—100,众数值98。1983年获得的杂种一代♀×草鱼♂的鲤鱼形回交杂种,已于1986年性成熟,雌、雄鱼分别与草鱼再次回交,获得了二次回交杂种。测定了红鲤、草鱼、杂种一代及其与草鱼回交子代的乳酸脱氢酶和过氧化物酶的同工酶,它们各有不同的电泳图谱。     

Induced Gynogenesis in Grass Carp (Ctenopharyngodon idellus) Using Irradiated Sperm of Allotetraploid Hybrids

Grass carp (Ctenopharyngodon idellus) eggs were activated by UV-irradiated diploid sperm of allotetraploid hybrids derived from red crucian carp (♀)?×?common carp (♂) and then duplicated by cold shock in 4-6°C water for 10-12 min. Different cold shock initiation times resulted in two types of diploid gynogenetic grass carp: meiotic gynogenetic (meiG) and mitotic gynogenetic (mitG). Over a 5-year period, a total of 17,170 meiG and 1,080 mitG fry were produced and 6,862 meiG and 372 mitG grass carp survived. The gynogenetic fish were confirmed by morphological characteristics, chromosome examination, and microsatellite DNA analysis. The morphological traits of the gynogenetic grass carp were similar to those of wild diploid grass carp. Normal gynogenetic fish were identified as diploid with 48 chromosomes by chromosomal metaphases examination, while nonviable abnormal embryos were detected as haploid with 24 chromosomes. Microsatellite DNA analysis indicated that after one generation of gynogenesis, the genetic purity of meiG and mitG grass carp was significantly increased over that of wild grass carp. In addition, both meiG and mitG grass carp groups were 100% female, and 88% of these showed normal ovary development. Thus, the sex determination mechanism in female grass carp was homogamety. The ability to establish pure all-female groups of meiG and mitG grass carp should be a valuable contribution to both fish genetics and grass carp breeding.     

Embryonic stem cell/fibroblast hybrid cells with near-tetraploid karyotype provide high yield of chimeras

Ten primary clones of hybrid cells were produced by the fusion of diploid embryonic stem (ES) cells, viz., line E14Tg2aSc4TP6.3 marked by green fluorescent protein (GFP), with diploid embryonic or adult fibroblasts derived from DD/c mice. All the hybrid clones had many characteristics similar to those of ES cells and were positive for GFP. Five hybrid clones having ploidy close to tetraploidy (over 80% of cells had 76–80 chromosomes) were chosen for the generation of chimeras via injection into C57BL blastocysts. These hybrid clones also contained microsatellites marking all ES cell and fibroblast chromosomes judging from microsatellite analysis. Twenty chimeric embryos at 11–13 days post-conception were obtained after injection of hybrid cells derived from two of three clones. Many embryos showed a high content of GFP-positive descendents of the tested hybrid cells. Twenty one adult chimeras were generated by the injection of hybrid cells derived from three clones. The contribution of GFP-labeled hybrid cells was significant and comparable with that of diploid E14Tg2aSc4TP6.3 cells. Cytogenetic and microsatellite analyses of cell cultures derived from chimeric embryos or adults indicated that the initial karyotype of the tested hybrid cells remained stable during the development of the chimeras, i.e., the hybrid cells were mainly responsible for the generation of the chimeras. Thus, ES cell/fibroblast hybrid cells with near-tetraploid karyotype are able to generate chimeras at a high rate, and many adult chimeras contain a high percentage of descendants of the hybrid cells. A. A. Kruglova and E. A. Kizilova contributed equally to this work. This study was financially supported by grants from the Russian Academy of Sciences, Siberian Branch 5.2 and 14.0.     

Recovery of Fertility in Male Hybrids of a Cross between Goldfish and Common Carp by Transplantation of PGC (Primordial Germ Cell)-Containing Graft

In germ-line chimera, gametes originate from both the donor and recipient. In order to increase the proportion of gametes from the donor, the elimination or reduction of primordial germ cells (PGCs) from the recipient is required. In the present study, histological and genetic analyses were performed in the chimeric fish obtained when sterile goldfish × common carp hybrid and fertile goldfish embryos were used as a recipient and donor, respectively. Chimerism was induced by transplantation of the lower part of the goldfish blastoderm into the hybrid blastoderm at the blastula stage. Neither spermatid nor spermatozoa were observed in the testis of the male hybrid. Motile sperm were obtained from 15 chimeric males by human chorionic gonadotropin (HCG) injection. When the sperm of chimeric fish were genetically analyzed, only goldfish-specific repetitive DNA sequences were detected. These results revealed that chimeric fish of the cross between a sterile male hybrid and fertile goldfish produced sperm exclusively derived from the donor goldfish.     

草鱼和鲤群体遗传变异的RAPD指纹分析

利用随机扩增多态ＤＮＡ技术对革鱼,兴国红鲤,野鲤的种群内,种群间以及种间的遗传变异亏待进行了定量分析。结果表明;草鱼与鲤的ＲＡＰＤ指纹图谱带型差异显著,草鱼与红鲤和鲤种间的平均带纹相似系数分别为０．２５８３和０．２３９４,遗传距离分别达到０．９３６２和１．２２７７。     

四类不同倍性鲫鱼在胚胎发育期间同工酶基因表达的比较分析

用聚丙烯酰胺梯度凝胶电泳比较分析了单倍体、二倍体、三倍体和复合四倍体4类不同倍性鲫鱼以及单倍体和二倍体鲤鱼在胚胎发育时期4种同工酶(EST,LDH,MDH,SOD)酶谱。结果表明,单倍体鲫鱼和单倍体鲤鱼胚胎与各自的二倍体胚胎相比,同工酶酶谱看不出差异;天然三倍体银鲫胚胎的MDH和SOD同工酶酶谱与二倍体鲫相似,但EST和LDH同工酶比二倍体增多了酶带,有的酶带如EST5和EST6还可在鲤鱼胚胎中找到相应的表达产物,提供了天然雌核发育三倍体银鲫杂交起源的证据;复合四倍体由于含有鲤鱼的一个外来基因组,其胚胎的基因表达有些与杂种类似,在所分析的4种同工酶酶谱中,都可观察到来自鲤鱼基因的影响。此外,在由源于不同复合四倍体个体的卵子发育形成的胚胎间,还观察到同工酶基因表达的异质性。     

泥鳅和白鲢胚胎不同发育时期耗氧量的研究

泥鳅和白鲢胚胎发育时的耗氧量是随着发育进程而以指数函数方式在增长,其耗氧曲线显示出卵裂期、原肠期、神经胚期、肌肉效应期以及出膜期是5个呼吸代谢水平较高的时期,其中又以原肠期与出膜期对孵化环境溶氧的需求尤为突出。胚胎在发育过程中纳入氧的快慢与强弱,都直接或间接地反映出新陈代谢的速度以及营养物质不断地被氧化、消耗和能量传递的状况。因此,鱼类胚胎发育时耗氧的高低,无疑是其胚胎发育状况的一种生理指标。     

浮选剂丁基黄原酸钠对草鱼早期发育阶段的毒性效应

丁基黄原酸钠是一种金属矿的浮选剂。作者研究了它对草鱼早期发育阶段（孵化,存活,生长,畸形等）的毒性效应。结果表明,丁基黄原酸钠对草鱼胚胎９６ｈ的半致死浓度为１７．８ｍｇ／Ｌ,致畸半效应浓度为８．８５ｍｇ／Ｌ,当浓度为２４ｍｇ／Ｌ时,其胚胎的卵化率仅为３８．８％,对生长有影响的浓度为５．６－１０．０ｍｇ／Ｌ,浓度为在５．６ｍｇ／Ｌ就可诱发畸形。丁基黄原酸钠对草鱼胚胎具有强烈的致畸作用。畸形的主要症状