石洪玥,劉 陽,王曉梅,高金偉,邱琳珊,李晶晶
( 1.天津農(nóng)學院 水產(chǎn)學院,天津市水產(chǎn)生態(tài)及養(yǎng)殖重點實驗室,天津300384;2.天津市水生動物疫病預防控制中心,天津300402 )
七里海中華絨螯蟹遺傳多樣性的RAPD和ISSR分析
石洪玥1,劉 陽1,王曉梅1,高金偉1,邱琳珊1,李晶晶2
( 1.天津農(nóng)學院 水產(chǎn)學院,天津市水產(chǎn)生態(tài)及養(yǎng)殖重點實驗室,天津300384;2.天津市水生動物疫病預防控制中心,天津300402 )
利用RAPD-PCR及ISSR-PCR兩種分子標記技術,分析了七里海中華絨螯蟹第6代繁育群體的遺傳多樣性。用10個多態(tài)性高的RAPD引物對24個七里海中華絨螯蟹樣本個體進行擴增,共檢測出107個不同的擴增位點,擴增片段大小為300~2300 bp。其中多態(tài)位點總數(shù)為66個,平均多態(tài)位點比例為61.32%,群體內(nèi)香農(nóng)-維納多樣性值為0.1714。用 8 個多態(tài)性高的ISSR 引物對24個個體共檢測到106個位點,擴增片段為200~1500 bp。其中多態(tài)性位點79 個,平均多態(tài)位點百分率為74.53%,群體內(nèi)香農(nóng)-維納多樣性值為0.1778。結(jié)果顯示,該群體的多態(tài)位點比例和香農(nóng)-維納多樣性值均較大,說明其有較豐富的遺傳多樣性,同時也說明RAPD和ISSR技術用于七里海中華絨螯蟹核基因組的遺傳多樣性分析,具有較高的檢出率和靈敏度。
七里海中華絨螯蟹;遺傳多樣性;RAPD-PCR;ISSR-PCR
中華絨螯蟹(Eriocheirsinensis)在我國境內(nèi)分布較廣,自然分布主要在長江水域、遼河水域、甌江水域及海河水域的四大水系中[1]。由于其極具市場價值,已成為我國水產(chǎn)養(yǎng)殖領域的重點培育品種。自20世紀70年代末中華絨螯蟹人工養(yǎng)殖和人工育苗的難關被突破后,中華絨螯蟹養(yǎng)殖改變了蟹苗完全依賴天然產(chǎn)量的局面,但隨著中華絨螯蟹養(yǎng)殖產(chǎn)業(yè)的迅猛發(fā)展[2-5],天然中華絨螯蟹的苗種明顯不能滿足其需求,在養(yǎng)殖生產(chǎn)過程中需從各地引進苗種,導致中華絨螯蟹基因間的混雜以及優(yōu)勢基因的喪失[6-7]。由于過度捕撈、環(huán)境污染、興修水利、水質(zhì)資源變化等多種原因,蟹苗的自然資源產(chǎn)量已瀕臨枯竭。因此,通過有效的試驗技術對七里海中華絨螯蟹種質(zhì)資源進行探究,分析其遺傳背景、遺傳差異和遺傳多樣性,不僅有助于七里海中華絨螯蟹種群的鑒別,而且對七里海中華絨螯蟹的養(yǎng)殖和育種也大有幫助[8]。
物種遺傳物質(zhì)變異多樣性研究可直接反映在DNA分子標記技術的結(jié)果上,DNA標記是對遺傳變異的直接反映,且信息豐富,可作為生物種質(zhì)鑒定的新方法。因此,DNA分子標記技術對遺傳學研究和有關方面的育種起到了有效的推動作用[9]。目前,對中華絨螯蟹群體遺傳多樣性的研究已見相關報道,如胡鵬飛等[10]采取RFLP 技術對長江水系中華絨螯蟹線粒體DNA的遺傳多樣性進行分析。高志千等[11]用RAPD方法分析了遼河、長江和甌江中華絨螯蟹種群的遺傳變異。鄭芳等[12]應用ISSR分子標記技術對天然水域中華絨螯蟹進行遺傳檢測。此外,還有關于中華絨螯蟹在同工酶水平上的遺傳變異[13-14]以及微衛(wèi)星SSR分析[15]的研究報道。
本研究利用RAPD 和ISSR兩項技術對七里海中華絨螯蟹第6代繁育群體的遺傳多樣性進行分析,旨在了解七里海中華絨螯蟹的基因庫,為七里海中華絨螯蟹的良種繁育以及中華絨螯蟹現(xiàn)有資源的保護以及開發(fā)和利用提供理論依據(jù),同時對RAPD和ISSR兩種分子標記技術進行了比較和探討。
試驗中分析用樣本為天津市水生動物疫病預防控制中心培育的七里海中華絨螯蟹第6代繁育群體,隨機選取30只個體,樣本取回后,附肢于95%乙醇保存?zhèn)溆谩?/p>
1.2.1 藥品和試劑
無水乙醇:天津市恒昊公司化學試劑廠;Taq酶:生工生物工程(上海)股份有限公司;三羥甲基氨基甲烷(Tris):美國Genview公司;100 bp+1.5 kb DNA Marker-K:生工生物工程(上海)股份有限公司;EDTA-2Na:生工生物工程(上海)股份有限公司;蛋白酶K:美國AMRESCO公司;三羥甲基氨基甲烷飽和酚:鼎國生物工程有限公司;三氯甲烷:青島化學試劑廠;異戊醇:青島化學試劑廠;冰乙酸:天津市風船化學試劑科技有限公司;TE緩沖液:10 mmol/L Tris-HCl(pH=8.0),1 mmol/L EDTA,pH=8.0;瓊脂糖:進口分裝,鼎國生物工程有限公司;上樣緩沖液(6X):0.25%溴酚藍,40%(m/V)蔗糖水溶液;PCR水(RNase Dnase-free):生工生物工程(上海)股份有限公司;1×TAE:50×TAE 20 mL,蒸餾水 980 mL;溴酚藍:鼎國生物工程有限公司;引物:生工生物工程(上海)股份有限公司。
1.2.2 主要儀器和設備
高速離心機(德國 Eppendorf公司,5417R型),生物安全柜(上海力申科技有限公司,HFsafe 900/C型),PCR儀(美國MJ Research公司,PTC-200 型),電泳檢測設備[君意東方電泳設備(北京)有限公司,JY600 型],凝膠成像分析儀(英國SYNGENE公司,GENEGENIUS型),電熱恒溫水浴鍋(上海博迅實業(yè)有限公司,HHS型),超微量紫外可見分光光度計(德國 IMPLEN公司,P-300 型)。
1.3.1 總DNA的提取
采用常規(guī)酚/氯仿提取方法從七里海中華絨螯蟹的螯肢肌肉中提取總體DNA。
1.3.2 RAPD和ISSR擴增反應體系及反應程序
RAPD和ISSR的擴增反應總體積為25 μL,包括:2.5 μL 10× buffer,0.5 μL dNTP(10 mmol/L),2 μL引物(5 μmol/L),0.3 μL Taq plus DNA聚合酶(5 U/μL),18.7 μL PCR水,1 μL樣本DNA。RAPD引物購自生工上海生物工程股份有限公司。ISSR擴增反應所用50個引物是依據(jù)加拿大哥倫比亞大學(UBC)公布的第9套ISSR引物序列(http://www.Michaelsmith.Ubc.a/services/NAPS/ Primer-Sets/Primers),由生工上海生物工程股份有限公司合成。RAPD擴增PCR循環(huán)程序:首先經(jīng)94 ℃變性5 min后,進行40個擴增循環(huán),每個循環(huán)包括94 ℃,1 min;37 ℃,1 min;72 ℃,2 min;最后72 ℃延伸10 min。ISSR擴增PCR循環(huán)程序:經(jīng)95 ℃預變性4 min后,前15個擴增循環(huán),每個循環(huán)包括94 ℃ 變性40 s,溫度A退火40 s,72 ℃延伸1.5 min, 后22個循環(huán)包括94 ℃變性45 s,溫度B退火40 s,72 ℃延伸1.5 min,最后72 ℃延伸10 min。擴增產(chǎn)物用1.8%的瓊脂糖進行電泳檢測(5 V/cm)。將重復性好、擴增條帶清晰的電泳圖譜用于七里海中華絨螯蟹的遺傳多態(tài)性分析。
1.3.3 數(shù)據(jù)分析
電泳檢測后的圖譜利用RAPD分析軟件Quantity One 4.6.2進行分析,選取清晰的擴增片段進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計,將有條帶的記為1,無條帶的記為0,得到0、1矩陣,從而統(tǒng)計位點總數(shù),多態(tài)位點數(shù)以及多態(tài)位點比例等[16]。
香農(nóng)—維納多樣性指數(shù)H0=-∑πilnπi
香農(nóng)—維納多樣性值H=-∑πilnπi/N
式中,πi為某一條帶在某一群體中出現(xiàn)的頻率,N為所測的總位數(shù)。
群體的多態(tài)位點百分率/%=該群體的多態(tài)位點數(shù)/總位點數(shù)×100%
群體的多態(tài)位點頻率/%=具有該位點的樣本數(shù)/總樣本數(shù)×100%
共用33個RAPD引物和30個ISSR引物對七里海中華絨螯蟹核基因組進行分析,其中21個RAPD引物具有擴增產(chǎn)物,10個引物具有清晰的擴增條帶。8個ISSR引物,擴增條帶清晰,穩(wěn)定性好,用于進行七里海中華絨螯蟹樣本的遺傳多樣性分析。
利用10個多態(tài)性高的RAPD引物對24個七里海中華絨螯蟹樣本個體進行擴增,引物S97、S397、S376和S83的擴增結(jié)果見圖1。統(tǒng)計分析顯示,共檢測出107個不同的擴增位點,擴增片段大小為300~2300 bp。每個引物擴增出多態(tài)位點數(shù)4~9個,位點總數(shù)8~13個。10個引物多態(tài)位點百分率為50.00%~72.73%,多態(tài)位點總數(shù)為66個,平均多態(tài)位點百分率為61.32%(表1)。說明RAPD技術用于七里海中華絨螯蟹核基因組的遺傳多樣性分析,具有較高的檢出率和靈敏度。根據(jù)多態(tài)性位點的基因頻率計算出群體內(nèi)香農(nóng)—維納多樣性指數(shù)為 18.3419,群體內(nèi)香農(nóng)—維納多樣性值為0.1714??梢钥闯銎呃锖V腥A絨螯蟹群體的遺傳多態(tài)性較高。
圖1 RAPD引物S97、S397、S376、S83在七里海中華絨螯蟹群體中的擴增圖譜注:泳道M為Marker,100 bpDNA標準分子量.下同.
利用8個多態(tài)性高的ISSR引物對24個七里海中華絨螯蟹樣本個體進行擴增,引物817、835、846和848的擴增電泳圖見圖2。統(tǒng)計分析顯示,共檢測出106個不同的擴增位點,擴增片段大小為200~1500 bp。每個引物擴增出多態(tài)位點數(shù)7~19個,位點總數(shù)為11~21個。8個引物多態(tài)位點百分率為53.85%~90.47%,多態(tài)位點總數(shù)為79個,平均多態(tài)位點百分率為74.53%(表2)。由擴增圖譜可見,每個引物在群體的不同個體間均表現(xiàn)出很高的多態(tài)性。根據(jù)多態(tài)性位點的基因頻率計算出群體內(nèi)香農(nóng)—維納多樣性指數(shù)為18.8425和群體內(nèi)香農(nóng)—維納多樣性值為0.1778,可見,七里海中華絨螯蟹表現(xiàn)出豐富的遺傳多樣性。
圖2 ISSR引物817、835、846、848在七里海中華絨螯蟹群體中的擴增圖譜
表1 篩選出的RAPD引物序列及其擴增結(jié)果
表2 篩選出的ISSR 引物序列及其擴增結(jié)果
七里海中華絨螯蟹是天津?qū)幒涌h的特產(chǎn),因在天津七里海水域生長而以此得名,早在清朝年間就被視為宮廷貢品,百姓對其低脂肪、高蛋白以及獨特的風味更是贊不絕口,2006年12月,國家質(zhì)檢總局對七里海中華絨螯蟹的地理標志產(chǎn)品保護的申請給予批準[17]。
遺傳多樣性是生物多樣性研究的重要內(nèi)容,只有通過對遺傳多樣性的研究才能從本質(zhì)上揭示物種多樣性的起源、變異和進化[18]。平均多態(tài)位點比率和香農(nóng)-維納多樣性指數(shù)是衡量生物群體遺傳多樣性高低的參數(shù)。RAPD和ISSR分子標記技術是評估遺傳多樣性的一種有效手段,二者以其高度多樣性在物種的遺傳多樣性研究已得到了廣泛的應用[19]。RAPD技術在20世紀90年代末期得到廣泛地應用與發(fā)展,其是以PCR技術為基礎的可對整個未知序列核基因組的遺傳多態(tài)性進行分析的一種分子標記技術[20]。RAPD 分析技術無需事先了解所要研究生物的核苷酸序列組成,所用引物可隨機地選定與合成,每個RAPD 反應中,僅加單個引物,擴增無特異性,退火溫度較低,因此可保證核苷酸引物與模板DNA的穩(wěn)定結(jié)合,同時允許適當?shù)腻e配,使得RAPD 有較高的檢出率,RAPD 分析所需的DNA樣品量極少,RAPD 技術簡便易行、省時省力,易于程序化,利用一套隨機引物便可得到大量的分子標記,并可借助計算機軟件進行相應地統(tǒng)計分析。
我國在20世紀90年代后期[21-28]開始對中華絨螯蟹的分子遺傳學進行研究,應用RAPD技術,對絨螯蟹屬種間[中華絨螯蟹和日本絨螯蟹(E.japonica)]及中華絨螯蟹種群間的親緣關系與分子遺傳標記進行研究。如謝浩等[21]利用RAPD技術對中華絨螯蟹、日本絨螫蟹及日本絨螯蟹合浦亞種3種絨螫蟹親緣關系的研究,發(fā)現(xiàn)了區(qū)分中華絨螯蟹與日本絨螯蟹的分子遺傳標記。周開亞等[22]首次應用RAPD標記對中華絨螯蟹種群進行了分子鑒定,在200個隨機引物中,篩選出2個特異性RAPD引物能夠用于長江種群的鑒別。李思發(fā)等[23]應用RAPD分析技術,得出遼河與甌江中華絨螯蟹種群的遺傳距離最大(0.171)。邱濤等[24-25]用RAPD 方法分析了遼河、長江和甌江種群的遺傳變異,并用RAPD技術識別中華絨螯蟹性別差異,發(fā)現(xiàn)17個引物擴增出了群體水平的性別差異,篩選出一個引物擴增出了個體水平的性別差異。趙姝華等[26]采用RAPD技術對中華絨螯蟹同一來源的不同個體進行遺傳差異分析,初步得出個體間遺傳變異在20%以下,同源程度達80%以上。
ISSR方法是基于 SSR 基礎上的一種分子標記手段,該技術利用錨定引物擴增微衛(wèi)星位點之間的區(qū)域,與RAPD相比,其每條引物可產(chǎn)生更多的多態(tài)性條帶[29]。相較于RAPD標記在中華絨螯蟹方面的研究,ISSR標記在中華絨螯蟹種質(zhì)研究中的報道并不多見。鄭芳等[12]采用ISSR 技術鑒定4個水系(鴨綠江、長江、閩江和南流江)中華絨螯蟹,共獲得80條清晰穩(wěn)定的條帶,其中有53條多態(tài)性條帶,多態(tài)率為66.25%。
本研究利用10條RAPD引物和8條ISSR引物分別對七里海中華絨螯蟹第6代繁育群體進行了總 DNA 的基因擴增,且兩種分子標記技術均能擴增出清晰、穩(wěn)定的條帶。由研究結(jié)果可以看出,RAPD和ISSR兩種標記方法獲得的每條引物多態(tài)性位點的平均值分別為6.60個和 9.88 個,多態(tài)性條帶百分率的平均值分別為61.32%和 74.53%。但兩種分子標記技術所表現(xiàn)出的物種的遺傳信息不盡相同,可見,七里海中華絨螯蟹存在豐富的遺傳多樣性。
遺傳多樣性是指存在于生物個體間、單個物種間以及物種之間的基因多樣性[30]。一種生物的遺傳變異越突出、越多樣性,它對環(huán)境的適應能力越強,同時一個物種對環(huán)境的適應能力越強它的進化潛力也就越大。群體的香農(nóng)—維納多樣性值是衡量群體遺傳多樣性的重要指標,此數(shù)值越大則表明該物種的遺傳多樣性越高,對環(huán)境的適應能力也就越強。根據(jù)多態(tài)性條帶的基因頻率分別計算出RAPD和ISSR標記技術群體內(nèi)香農(nóng)—維納多樣性指數(shù)為 18.3419和18.8425,群體內(nèi)香農(nóng)—維納多樣性值為0.1714和0.1778??梢?,七里海中華絨螯蟹第6代繁育群體具有較高的遺傳多態(tài)性。電泳圖譜可知,每個引物在該群體中,均表現(xiàn)出很高的多態(tài)性,同時也說明了RAPD和ISSR標記技術可以成功地對七里海中華絨螯蟹核基因組DNA進行擴增并進行遺傳多樣性分析。兩種標記技術均能得到各自的的多態(tài)性條帶,但是所呈現(xiàn)的多態(tài)性和檢測水平各不相同,因此,結(jié)合RAPD和ISSR兩種標記技術獲得的七里海中華絨螯蟹遺傳多樣性信息更全面客觀。
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AnalysisofGeneticDiversityofChineseMittenHandedCrabEriocheirsinensisfromQilihaibyRAPDandISSRMarkers
SHI Hongyue1,LIU Yang1,WANG Xiaomei1,GAO Jinwei1,QIU Linshan1,LI Jingjing2
( 1.Tianjin Key Laboratory of Aquatic Ecology and Aquaculture, College of Fisheries,Tianjin Agricultural University, Tianjin 300384, China; 2.Tianjin Aquatic Animal Infectious Disease Control and Prevention Center, Tianjin 300402, China )
Two types of molecular markers, namely, Randomly Amplified Polymorphic DNA (RAPD) and Inter-Simple Sequence Repeat (ISSR) were used to detect the genetic diversities at the intra sixth generation breeding population of Chinese mitten handed crabEriocheirsinensisfrom Qilihai. Using 10 RAPD primers selected from 33 primers, a total of 107 amplified loci ranging from 300 to 2300 bp were observed from 24 individuals, and 66 of 107 loci detected were polymorphic with the percent of 61.32%, and the Shannon′s index of 18.3419. Eight ISSR primers of 50 primers used generated 106 reproducible and stable bands, ranging from 200 to 1500 bp, 79 of 107 loci detected were polymorphic with the percent of 74.53%, and the Shannon′s index of 18.8425. These findings indicated that the sixth generation breeding population had high genetic diversity, and that the proportion of polymorphic loci and Shannon′s index of Qilihai Chinese mitten handed crab were high, indicating that they have abundant genetic diversity.
Eriocheirsinensisin Qilihai; genetic diversity; RAPD; ISSR
10.16378/j.cnki.1003-1111.2016.03.011
S917
A
1003-1111(2016)03-0255-06
2015-09-16;
2015-11-10.
天津市水產(chǎn)局科技發(fā)展計劃項目(J2013-21).
石洪玥(1986-),女,助理實驗師;研究方向:水產(chǎn)養(yǎng)殖學.E-mail:youyan_shy@126.com.通訊作者:王曉梅(1962-),女,教授;研究方向:水產(chǎn)動物遺傳育種及分子生物學.E-mail: xiaomeiw@tjau.edu.cn.