远缘杂交导致不同倍性鱼的形成

远缘杂交可以使基因组从一个物种转移到另一个物种中,从而导致杂交后代的表现型和基因型都发生改变.本文描述了在红鲫(♀)与鲤鱼(♂)的远缘杂交后代中,形成了F3~F18两性可育异源四倍体鲫鲤群体(4n=200,简称为4nAT).4nAT的雌、雄个体分别产生的二倍体卵子和二倍体精子,经过雌核发育和雄核发育,在没有染色体加倍处理情况下,分别发育成雌核发育二倍体后代和雄核发育二倍体后代.其中雌核发育体系衍生出具有遗传变异的改良四倍体鲫鲤和改良二倍体鱼,二倍体杂交鱼产生不减数的配子的现象与减数分裂前核内复制或者核内有丝分裂或者生殖细胞融合有关.用雄性4nAT与雌性二倍体鱼进行倍间交配大规模制备了不育三倍体鱼.在红鲫(♀)与团头鲂(♂)的远缘杂交后代中,成功地获得两性可育的天然雌核发育红鲫(2n=100),不育的三倍体鲫鲂(3n=124)以及两性可育的四倍体鲫鲂(4n=148),此外,还制备了两种五倍体鲫鲂(5n=172;5n=198).该文在细胞和分子水平上对不同倍性鱼的生物学特点和形成机制进行了比较,揭示了远缘杂交或者将远缘杂交与雌核发育和雄核发育相结合的方法在具有遗传变异的不同倍性鱼的形成中发挥着积极作用,这在生物进化和鱼类遗传育种方面都具有重要意义.     

异源四倍体鲫鲤、三倍体湘云鲫和它们父母本线粒体DNA 12S rRNA基因遗传变异的分析

采用质粒克隆测序方法,获得了异源四倍体鲫鲤5个个体、异源四倍体鲫鲤雌核发育二倍体后代2个个体、三倍体湘云鲫2个个体及红鲫、湘江野鲤和日本白鲫各1个个体的线粒体DNA 12S rRNA基因的全序列。经对比发现,异源四倍体5个个体共享2种单元型,异源四倍体鲫鲤雌核发育二倍体后代2个个体、三倍体湘云鲫2个个体以及红鲫、湘江野鲤和日本白鲫各1个个体分别共享1种单元型。用MEGA 1.0 软件分析了它们的碱基组成和核苷酸序列差异,用邻接法构建系统进化树。它们间的序列同源性在95%~99%之间,异源四倍体鲫鲤、三倍体湘云鲫和它们母本（分别为红鲫和日本白鲫）之间的序列同源性大于异源四倍体鲫鲤、三倍体湘云鲫和它们父本（分别为湘江野鲤和异源四倍体鲫鲤）之间的序列同源性,结果表明：异源四倍体鲫鲤和三倍体湘云鲫在线粒体DNA 12S rRNA基因上具有母性遗传特征。本研究另一值得注意地方的是异源四倍体鲫鲤经过9代(F3-F11)繁殖后,在5个个体中发现了2种单元型,说明在四倍体基因库中存在遗传多样性,为四倍体基因库的繁殖、保护和种群复壮提供了一些有价值的信息。     

人工四倍体鲤鲫后代遗传同一性的FCM及RAPD证明

人工四倍体鲤鲫是本实验室采用人工染色体组叠加构建的一个以雌核发育为生殖模式的鲫克隆系,现已繁殖至第五代.它生长快、体型好、抗病力强、易捕捞,比普通二倍体鲫和三倍体鲫经济性状更优良,将具有广阔的生产应用前景.从表型看,子代是由四倍体鲤鲫原代母本拷贝而成,与母本极其相似,表明异源精子启动发育的后代无分离现象.我们曾对原代四倍体雌核发育生殖方式的遗传进行过基因组、形态学和同工酶分析研究[1-4],为了获得更进一步的证据,本文应用FCM和RAPD分子遗传标记方法进行验证.     

雌核发育二倍体鲫鲤杂交克隆品系建立

研究了雌核发育二倍体鲫鲤第2代(G₂)产生的二倍体卵子在无染色体加倍情况下形成第3代(G3)的雌核发育细胞学行为,G₃,G₂×散鳞镜鲤和G₂×四倍体鲫鲤的染色体数目.研究结果表明:(ⅰ)G₂产生的二倍体卵子无需染色体加倍处理,仅在灭活散鳞镜鲤精子激活下,形成了大量G₃.(ⅱ)G₃和雌核发育二倍体鲫鲤第1代(G₁)、G₂一样,也表现出杂交特征,并且都是二倍体(2n=100);G₂与二倍体散鳞镜鲤和四倍体鲫鲤分别交配形成了三倍体(3n=150)和四倍体(4n=200)鱼;(ⅲ)二倍体G₂产生的二倍体卵子在雌核发育过程中,有明显第二极体排出,排除了二倍体卵子源于第二极体保留的可能.另外,还对二倍体鲫鲤产生二倍体卵子的机制进行了讨论.雌核发育二倍体鲫鲤杂交克隆品系建立证明二倍体卵子通过雌核发育形式可形成一个能产生二倍体卵子的新型二倍体鲫鲤品系,二倍体鲫鲤产生二倍体卵子的特殊繁殖方式在生物进化和生产应用方面都具有重要意义.     

二倍体鲫鲤F2产生不同倍性卵子的证据

在检测到鲫鲤F2产生3种不同大小(直径分别为0.13 cm,0.17cm和0.2 cm)类型的卵子基础上,进行了F2(♀)×红鲫(♂)及F2(♀)×四倍体鲫鲤(♂)的交配实验.通过染色体计数和流式细胞仪分析,在F2(♀)×红鲫(♂)后代中获得了四倍体、三倍体、二倍体鱼;在F2(♀)×四倍体鲫鲤(♂)后代中获得了四倍体和三倍体鱼.这两个交配组合后代中出现的不同倍性的鱼类为证明鲫鲤F2能产生三倍体、二倍体和单倍体卵子提供了进一步证据.F2(♀)×红鲫(♂)中雄性四倍体鱼的存在说明在四倍体后代中存在基因型为XXXY的个体.对上述两个交配组合后代的四倍体鱼和三倍体鱼的性腺结构观察表明四倍体鱼是可育的,而三倍体鱼是不育的.作者认为鲫鲤F2能够产生二倍体和三倍体卵子与核内复制机制和生殖细胞的融合有关.     

异源四倍体鲫鲤F9～F11染色体和性腺观察

采用肾细胞染色体制片技术,检测了异源四倍体鲫鲤F9-F11代的染色体数目及组型,结果表明：其染色体数目为4n=200,核型公式为44m 68sm 44st 44t,证明F9—F11继续保持四倍体性。观察异源四倍体鲫鲤F9—F11成熟性腺,在这3代四倍体鱼中仍然保持正常卵巢和精巢,分别形成正常二倍体卵子和二倍体精于。在自然环境下,观察了异源四倍体鲫鲤自行产卵受精井产生存活后代过程,证明该四倍体鱼群体在自然环境下能够自行繁殖传代。异源四倍体鲫鲤稳定的染色体数目和正常的性腺结构以及自然条件下的生殖传代行为,说明该异源四倍体鲫鲤已成为一个染色体数目为4n＝200、遗传性状稳定的新型四倍体鱼群体,具备形成新种所需的关键因素。     

异源四倍体鲫鲤雌核发育后代及其亲本RAPD分析

异源四倍体鲫鲤是湖南师范大学鱼类发育生物学实验室和湖南湘阴县东湖渔场在红鲫(♀)和湘江野鲤(♂)的杂交后代中选育出来的四倍体鱼,目前已连续繁殖14代(F3-F16),已形成一个四倍体性能代代相传、遗传性状稳定的四倍体鱼群体,这是世界上唯一人工培育的两性可育的异源四倍体鱼[1—2]。利用四倍体鱼与二倍体白鲫、二倍体鲤鱼杂交,可获得生长快、肉质鲜美、抗病力强等优良性状的不育三倍体湘云鲫、三倍体湘云鲤[3],并已在全国28个省市推广养殖,取得了显著的经济和社会效益。异源四倍体鲫鲤雌性个体产生的二倍体卵子具有两套染色体,在没有染色…     

异源四倍体鲫鲤雌雄差异的RAPD标记

异源四倍体鲫鲤是从红鲫和湘江野鲤的杂交后代选育出来的,已经形成了一个遗传性状稳定的四倍体鱼新种群。用异源四倍体鲫鲤(雄性)和二倍体白鲫(雌性)生产的三倍体湘云鲫已经在全国推广应用。因此,如果能够了解异源四倍体鲫鲤的性别分化机制,人为地控制异源四倍体鲫鲤的性别分化,生产出大量的超雄鱼,这对于三倍体湘云鲫的产业化生产有重要的意义。刘少军等对异源四倍体鲫鲤的染色体组型进行了分析,并没有发现异源四倍体鲫鲤有明显的特化的性染色体,这说明通过细胞遗传学研究异源四倍体鲫鲤的性别遗传机制是有困难的。       

湖南师范大学鱼类发育学研究室最新研究成果展示

湖南师范大学鱼类发育生物学研究室在成功研制了四倍体鲫鲤群体(F3-F18)的基础上,利用四倍体鲫鲤群体产生的二倍体卵子本身具有2套染色体组的特点,通过雌核发育技术,在没有染色体加倍处理情况下,经灭活的散鳞镜鲤精子刺激,建立了一个能大量产生二倍体卵子的雌核发育二倍体克隆体系(G1-G5)。有关该研究     

从ATPase8-6基因研究杂交多倍体鱼线粒体母性遗传

异源四倍体鲫鲤是世界上首例人工培育的两性可育并形成群体的且能自然繁殖的四倍体鱼。本文采用质粒克隆测序法测定了红鲫、异源四倍体鲫鲤、三倍体湘云鲫和三倍体湘云鲤的ATPase8和ATPase6基因全序列 ,结合鲤鱼、日本白鲫和斑马鱼的同源序列 ,对不同倍性水平鲤科鱼类的ATPase8和ATPase6基因进行了比较 ,分析了碱基组成、变异情况以及核苷酸和氨基酸序列差异。红鲫、鲤鱼、异源四倍体鲫鲤、日本白鲫、三倍体湘云鲫和三倍体湘云鲤之间的序列差异为 0 0 % - 1 3 4 % ,它们与外群斑马鱼之间的序列差异为 2 7 9% -31 0 %。用MEGA软件中的MP法、ME法、NJ法和UPGMA法构建分子系统树 ,得到了相似的拓扑结构。结果分析表明 ,人工杂交多倍体异源四倍体鲫鲤、三倍体湘云鲫和三倍体湘云鲤在线粒体ATPase8和ATPase6基因上具有严格的母性遗传特征。值得注意的是 ,异源四倍体鲫鲤经过 1 1代的繁育后 ,与其原始母本红鲫仍然保持了非常高的同源性 ,说明了新的异源四倍体基因库在线粒体ATPase8和ATPase6基因上拥有稳定的遗传特性。对不同倍性鲤科鱼类线粒体ATPase8和ATPase6基因的研究表明 ,ATPase8和ATPase6基因是杂交鱼后代遗传变异研究的一个很好的分子标记     

不同倍性鱼的血细胞和精子DNA含量比较

我们以前的研究表明, 以红鲫 (2n=100) 为母本及湘江野鲤 (2n=100) 为父本的杂交后代的F1-F2 为二倍体 (2n= 100)。在二倍体 F2 个体中, 存在能分别产生二倍体卵子和二倍体精子的雌、雄个体, 二倍体卵子和二倍体精子结合, 形成了两性可育的四倍体鱼 (F3)。目前四倍体鲫鲤已连续繁殖了 12 代 (F3-F14), 形成了一个遗传性状稳定的四倍体鱼群体 (4n= 200) (Liu et al.,2001; 孙远东等, 2003)。雌性四倍体鲫鲤产生的二倍体卵子经紫外线照射的散鳞镜鲤精子激活后,无须染色体加倍处理, 可发育为全雌性二倍体雌核发育后代 (G1) (2n=10…     

四倍体鲫鲤、三倍体湘云鲫染色体减数分裂观察

用精巢细胞直接制片法观察了异源四倍体鲫鲤、三倍体湘云鲫和二倍体红鲫、湘江野鲤精母细胞染色体第一次减数分裂中期配对情况 ;作为对照 ,观察了上述四种鱼肾细胞的有丝分裂中期染色体。在精母细胞第一次减数分裂中 ,异源四倍体鲫鲤同源染色体两两配对 ,形成 10 0个二价体 ,没有观察到单价体、三价体和四价体 ;三倍体湘云鲫精母细胞形成 5 0个二价体和 5 0个单价体 ;红鲫和湘江野鲤精母细胞分别形成 5 0个二价体。肾细胞检测表明异源四倍体的染色体数目为 4n =2 0 0 ;湘云鲫为 3n =15 0 ;红鲫和湘江野鲤分别为 2n =10 0。减数分裂时染色体分布情况与肾细胞染色体检测结果相吻合。具有四套染色体的异源四倍体鲫鲤在减数分裂中只形成 10 0个二价体 ,而不形成 2 5个四价体或其它形式 ,为产生稳定一致的二倍体配子提供了重要的遗传保障 ,也为人工培育的异源四倍体鲫鲤群体能够世世代代自身繁衍下去提供了重要的遗传学证据。三倍体湘云鲫在减数分裂过程中出现二价体、单价体共存 ,同源染色体在配对和分离中出现紊乱 ,导致非整倍体生殖细胞的产生 ,为湘云鲫的不育性提供了染色体水平上的证据     

异源四倍体鲫鲤的受精细胞学

异源四倍体鲫鲤的成熟卵子处于第二次减数分裂中期,精子通过受精孔进入卵内.精子入卵以后,受精孔立即被受精塞堵住.受精后8 min,受精卵出现明显的精子星光,同时进入第二次减数分裂后期,即将排出第二极体;13 min时,精子头部开始膨胀,趋向核化;18 min时,雌雄原核均已形成,并向胚盘中央靠近;23 min时,雌、雄原核开始接触;33 min时,雌、雄原核完全融合成为一个合子核;38 min时,受精卵开始第一次卵裂,53 min后分裂形成两个子核.该研究证明异源四倍体鲫鲤和大多数二倍体鱼一样,具有正常的受精细胞学程序,受精方式为单精受精.     

远缘杂交形成的二倍体鱼和多倍体鱼生殖细胞染色体研究

本文采用性腺染色体制片及组织学切片方法,系统地研究了不同发育时期的鲫鲤杂交第二代(F2) (2n=100)、异源四倍体鲫鲤(4n=200)、三倍体鲫鱼(3n=150))、雌核发育二倍体鲫鲤第二代(G2)(2n=100)及鲤鱼(Cypninus carpio L)(2n=100)(对照组)生殖细胞的染色体特征.研究结果表明,对照组中鲤鱼精原细胞染色体数与体细胞染色体数一致,为二倍体精原细胞(2n=100),而远缘杂交形成的二倍体鱼和多倍体鱼的生殖细胞中则观察到明显的染色体数加倍现象,其中,鲫鲤杂交第二代(F2)精巢生殖细胞染色体数加倍现象特别丰富,占检测的染色体分裂相的21.6%,为其产生不减半的二倍体配子提供了直接的细胞学证据,同时也说明远缘杂交是导致生殖细胞染色体数加倍的一个重要因素.该研究在探讨多倍体鱼的发生及鱼类遗传育种方面具有重要意义.     

Cytological Mechanism on the Integration of Heterologous Genome or Chromosomes in the Unique Gynogenetic Carassius auratus gibelio

银鲫（ＣａｒａｓｉｕｓａｕｒａｔｕｓｇｉｂｅｌｉｏＢｌｏｃｈ）是行天然雌核发育生殖的两性型三倍体鱼类,与普通两性融合生殖鱼类相比,具有独特的育种优势。八十年代以来,异育银鲫、复合四倍体异育银鲫的发现表明,雌核发育卵子不但具有保持自身全部染色体的能力,还能整合异源精子的部分遗传物质或整个基因组,影响雌核发育后代的性状。因此,搞清楚异源基因组的整合机制对于进一步弄清其发育模式以及诱导复合多倍体银鲫均具有十分重要的作用。两性融合发育鱼类的精子入卵后,精核在促精核活化因子的诱导下,可以逐渐解凝并形成雄性原核;而在天然雌核发育银鲫受精卵中,精核的解凝和原核化却被抑制。去掉卵壳的控制作用后,精核虽能在卵质中解凝却仍不能形成雄性原核（Ｆｉｇ．１）。可见,雌核发育银鲫与两性融合发育鱼类的卵质间必定存在某些差异。对哺乳类和两栖类卵质诱导精核原核化作用的研究表明,ＤＴＴ和蛋白水解酶能够分别还原精核组蛋白中ＳＳ和水解精核组蛋白,从而诱导精核在卵质中形成雄性原核。本文通过显微注射以及冷休克处理等诱导方法,探讨了人工诱导外源精核在银鲫卵中解凝和原核化,培育银鲫复合种的细胞学机制。实验结果显示,向银鲫卵质中注入胰蛋白酶、ＤＴＴ和     

多倍体鲫鲤原始生殖细胞的标记及其迁移研究

原始生殖细胞(primordial germ cells, PGCs)的起源和迁移已在多种鱼类进行了研究,但多倍体鲫鲤原始生殖细胞的标记和迁移尚未见报道。本实验室前期通过远缘杂交方法成功获得了一个倍性明确、亲缘关系清晰的多倍体杂交鱼研究体系,该体系由异源四倍体鲫鲤及其二倍体父母本和三倍体杂交后代组成。本文利用RNA定点表达(localized RNA expression, LRE)技术,将来自于斑马鱼的nanos1-3'-UTR与GFP融合后生成的m RNA注射入多倍体鱼受精卵中,首次对多倍体鲫鲤原始生殖细胞进行标记,并观察了其迁移途径。结果显示,多倍体鲫鲤PGCs能被斑马鱼GFP-nanos1-3'-UTR标记,并且多倍体鲫鲤PGCs的迁移与斑马鱼类似。本实验结果为多倍体鲫鲤原始生殖细胞的产生和迁移的研究提供了一些基础数据。     

异源四倍体鲫鲤的受精细胞学

异源四倍体鲫鲤的成熟卵子处于第二次减数分裂中期,精子通过受精孔进入卵内。精子入卵以来,受精孔立即被受精塞堵住。受精后8min,受精卵出现明显的精子星光,同时进入第二次减数分裂后期,即将排出第二极体;13min时,精子头部开始膨胀,趋向核化;18min时,雌雄原核均已形成,并向胚盘中央靠近;23min时,雌,雄原核开始接触;33min时,雌,雄原核完全融合成为一个合子核;38min时,受精卵开始第一次卵裂,53min后分裂形成两个子核。该研究证明异源四倍体鲫鲤和大多数二倍体鱼一样,具有正常的受精细胞学程序,受精方式为单精受精。     

人工复合三倍体鲤卵的受精的生物学研究

本文对人工复合三倍体鲤成熟卵的受精生物学进行了研究。结果表明,三倍体卵体壳具有凸凹不平的表面,与正常二倍体卵比较有明显差异。受精生物学观察发现有些卵为多精受精,进入卵的所有精子都能形成雄性原核,排出一个极体,但绝大部分受精卵在发育期间分裂不齐、畸形、直至死亡,只有具有三套完整染色体的卵子的雌核才能发育成为三倍体个体。三倍体鲤的成熟分裂不是完全的均等分裂,有些不等分裂的卵母胞核中只有两套染色体,或一     

二倍体雌核发育鱼产生二倍体卵子的证据

二倍体雌核发育第 1代 (G1)产生的二倍体卵子经紫外线灭活的散鳞镜鲤精子诱导 ,无需染色体加倍处理 ,发育成二倍体雌核发育第 2代 (G2 ) ;G1 产生的二倍体卵子与雄性异源四倍体鲫鲤 (AT)产生的二倍体精子结合 ,形成新型两性可育的异源四倍体鲫鲤 (G1 ×AT)。对G2 和新四倍体 (G1 ×AT)的体细胞染色体数目、生殖细胞染色体行为及性腺结构、外形、生长速度等生物学特征进行了研究。结果表明 :G2 体细胞染色体数目为 2n =1 0 0。在 6～ 1 2月龄G2 中 ,没有发现性成熟的个体 ,组织学切片结果表明 ,G2 性腺处于卵原细胞增殖阶段 ,与 1龄G1 的性腺发育相似 ,性腺发育迟缓。对 6～ 8个月龄G2 性腺染色体制片进行观察 ,结果表明 ,G2 生殖细胞的染色体没有二价体的形成 ,只有有丝分裂的迹象 ,其有丝分裂中期不但有 2n =1 0 0的染色体分裂相 ,还有 4n =2 0 0的染色体分裂相 ,甚至有接近 8n(380 )的分裂相 ,说明 1龄G2 的性腺中存在 2n、4n等多种类型的生殖细胞 ,其中 4n的生殖细胞经正常的减数分裂后可产生二倍体卵子。核内复制 (pre meioticendoreduplication)学说可以较好地解释这种不减半配子产生的现象。新四倍体 (G1 ×AT)体细胞染色体数目为 4n =2 0 0 ,雌雄新四倍体 (G1 ×AT)具有正常的性腺发育 ,在繁殖季     

人工复合三倍体鲤卵的受精生物学研究

本文对人工复合三倍体鲤成熟卵的受精生物学进行了研究。结果表明,三倍体卵外壳具有凸凹不平的表面,与正常二倍体卵比较有明显差异。受精生物学观察发现有些卵为多精受精,进入卵的所有精子都能形成雄性原核,排出一个极体,但绝大部分受精卵在发育期间分裂不齐、畸形、直至死亡,只有具有三套完整染色体的卵子的雌核才能发育成为三倍体个体。三倍体鲤的成熟分裂不是完全的均等分裂,有些不等分裂的卵母胞核中只有两套染色体,或一套染色体,甚至是一套半染色体。