不同倍性鱼类mtdna及三倍体湘云鲫sox基因研究

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1、湖南师范大学博士学位论文不同倍性鱼类mtDNA及三倍体湘云鲫Sox基因研究姓名：郭新红申请学位级别：博士专业：发育生物学指导教师：刘少军20041001摘要线粒体DNA(mitochondrialDNA，mONA)作为一种核外遗传系统，具有小型性、自主性和多态性等特点。对mtDNA的研究除能揭示mtDNA的结构、基因表达及其功能外，还在核质互作、分子进化规律、物种的起源与分化以及线粒体的起源等方面具有重要意义。世界上首次培育成功的两性nJ_育异源四倍体鲫鲤新种群的获得为我们创建四倍体、三倍体及二倍体的／1i同倍性体系奠定了非常重要的基础，系统地研究四倍体、三倍体及二倍体mt

2、DNA的分子遗传关系在世界上尚是首例。本文通过研究四倍体、三倍体及二倍体mtDNA的分子结构，探讨了这些不同倍性鱼类mtDNA的分子遗传关系及这些不同倍性鱼类与其它相关鱼类的分子遗传关系。用异源四倍体鲫鲤与二倍体日本白鲫交配，大规模制备了生长快、抗递性强、肉昧鲜美的不育三倍体鲫鱼—湘云鲫。Sox家族是一类以SRY／Sry为基本成员的控制发育的基因，在不育三倍体湘云鲫中的Sox基因情况怎样?这也是值得我们研究的课题。本论文的主要研究内容如下：1．对红鲫、三倍体湘云鲫和异源四倍体鲫鲤的mtDNA全序列进行了测序，阐明了这些不同倍性鱼类mtDNA的分子结构、基因组成和基因排列等特

3、点。通过对异源四倍体鲫鲤与母本红鲫和父本鲤鱼的mtDNA全序列比较发现：经过9代眠-F1I)的繁育后，异源四倍体鲫鲤(F11)在mtDNA上具有严格的母性遗传特征。说明了新的异源四倍体基因库在mtDNA上拥有稳定的遗传特性。另⋯方面，通过对以鲤鱼为父本和异源四倍体鲫鲤为母本交配得到的新型三倍体鲤鱼(T3)的部分mtDNA进行了遗传变异分析，发现三倍体鲤鱼(T3)在mtDNA上也呈现严格的母性遗传特征。但是，对以日本白鲫为母本和异源四倍体鲫鲤为父本交配得到的三倍体湘云鲫的mtDNA进行分析后发现：三倍体湘云鲫mtDNA存在父性遗传现象，并且推测在tRNA—VaI—NADH5基

4、因这一区间，三倍体湘云鲫的母本日本白鲫和父本异源四倍体鲫鲤的mtDNA之间发生了遗传重组。上述结果表明，在不同倍性鱼类中，mtDNA既有严格的母性遗传现象，同时也存在父性遗传的特殊情况。2．以红鲫、鲤鱼、异源四倍体鲫鲤、日本白鲫、三倍体湘云鲫、三倍体湘云鲤和斑马鱼为研究分析对象，对不同倍性水平鲤科鱼类mtDNA控制区进行了比较分析，给出了不同倍性水平鲤科鱼类mtDNA控制区保守序列的普遍形式和不同区域的划分标志，为鱼类mtDNA控制区和脊椎动物分子进化理论研究提供了重要的实验数据。3．通过对异源四倍体鲫鲤和三倍体湘云鲫线粒体tRNA-Thr基因、tRNA-Phe基因以及控制

5、区大部分序列的分析，检测了异源四倍体鲫鲤和三倍体湘云鲫的种群遗传多样性水平，结果表明：经过9代眠．F，1)的繁育后，异源四倍体鲫鲤群体(F。I)存在一定的遗传多样性水平；三倍体湘云鲫群体具有较丰富的遗传多样性水平。该研究为异源四倍体鲫鲤和三倍体湘云鲫的繁殖、保护和种群复壮提供了重要的分子生物学参考资料。4．对三倍体湘云鲫TCSox9a全长基因、TCSoX9b基因保守区进行了克隆及表达分析。三倍体湘云鲫TCSox9a在精巢有宏量表达，而三倍体湘云鲫TCSox9b在卵巢有宏量表达，这种表达方式表明三倍体湘云鲫TCSox9a和TCSox9b在性别决定及分化过程中可能起着不同的作用

6、。另外，三倍体湘云鲫TCSox9a和TCSox9b在脑、心和’肾中的表达说明，Sox9基因不仅参与性别决定与分化，而且可能在其它组织的发育过程中也有着独特的功能。这为三倍体湘云鲫性别决定的分子机制、胚胎发育及Sox9基因的进化等研究提供了重要的分子生物学资料。另外，在湘云鲫TCSox9b基因保守区发现2种内含子，即内含子存在多态性，这在鱼类方面尚未见过报道。5．对三倍体湘云鲫TCSoxl、TCSox4a、TCSoxl1的HMG-box及TCSox4b基因部分序列和5’端调控区进行了克隆和分析，推测它们与三倍体湘云鲫某些特定组织的发育有关，并可能作为调控基因参与了三倍体湘云鲫

7、的性别决定。关键词：异源四倍体鲫鲤，三倍体湘云鲫，线粒体DNA，Sox基因ABSTRACTAsauniquecytoplasmicgeneticsystem．mitochondrialDNA(mtDNA)wasasmall，self-replicatinganddiversegenome．Thestudyonthemitochondrialgenomewassignificantinthemanybiologicalissues，suchasgenestructureandfunction，geneexpressi