江振華,周賀,麻天宇,沈芾,林忠喬,錢聰,李雅娟*
(1.大連海洋大學(xué)遼寧省海洋生物資源恢復(fù)及生境修復(fù)重點實驗室,遼寧 大連 116023;2.北京市水產(chǎn)技術(shù)推廣站,北京 101105)
雜交三倍體(4n♀×2n♂)泥鰍染色體組核型多態(tài)性研究
江振華1,周賀1,麻天宇1,沈芾2,林忠喬1,錢聰1,李雅娟1*
(1.大連海洋大學(xué)遼寧省海洋生物資源恢復(fù)及生境修復(fù)重點實驗室,遼寧 大連 116023;2.北京市水產(chǎn)技術(shù)推廣站,北京 101105)
以雜交三倍體泥鰍(4n♀×2n♂)為研究對象,初步分析對不同發(fā)育階段(胚胎、六月齡及十二月齡)染色體核型。結(jié)果表明,胚胎階段整三倍體(3n=75)染色體數(shù)目為3n=75,核型公式:14M+9SM+52T,NF=98;亞三倍體(3n>75)染色體數(shù)目為3n=73,核型公式:13M+6SM+54T,NF=92;超三倍體(3n>75)染色體數(shù)目為3n=77,核型公式:18M+7SM+52T,NF=102。六月齡階段整三倍體染色體數(shù)目為3n=75,核型公式:15M+5SM+55T,NF=95;亞三倍體染色體數(shù)目為3n=73,核型公式:13M+6SM+54T,NF=92;超三倍體染色體數(shù)目為3n=76,核型公式:14M+6SM+56T,NF=96。十二月齡階段整三倍體染色體數(shù)目為3n=75,核型公式:16M+6SM+53T,NF= 97;亞三倍體的染色體數(shù)目為3n=72,核型公式:13M+6SM+53T,NF=91;超三倍體的染色體數(shù)目為3n=77,核型公式:13M+6SM+58T,NF=96。研究表明,雜交三倍體(4n♀×2n♂)泥鰍不同發(fā)育階段染色體核型整倍體及非整倍體均表現(xiàn)出多態(tài)性。結(jié)論為雜交三倍體泥鰍染色體組不穩(wěn)定性研究提供細(xì)胞遺傳學(xué)依據(jù)。
泥鰍;雜交三倍體;不同發(fā)育階段;染色體核型
江振華,周賀,麻天宇,等.雜交三倍體(4n♀×2n♂)泥鰍染色體組核型多態(tài)性研究[J].東北農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報,2016,47(10):34-40.
Jang Zhenhua,Zhou He,Ma Tianyu,et al.Resreach on karyotype polymorphism of hybrid triploid(4n♀×2n♂)loachMisgurnus anguillicaudatus[J].Journal of Northeast Agricultural University,2016,47(10):34-40.(in Chinese with English abstract)
水產(chǎn)動物中魚類普遍存在多倍體現(xiàn)象,我國有二倍體、三倍體和四倍體3個種群[1-4]。印杰等報道我國長江流域的自然四倍體泥鰍營養(yǎng)價值高、生長速度快、耗氧率低、種質(zhì)價值高[5]。
本文前期研究證實自然四倍體泥鰍是含有四套染色體組的遺傳四倍體,無論雌雄均能產(chǎn)生2n配子。利用二倍體與四倍體泥鰍正、反雜交獲得100%雜交三倍體。研究正、反交F1體細(xì)胞染色體數(shù)目表明,正、反雜交后代在早期胚胎、6月齡及12月齡等不同發(fā)育階段存在大量非整倍體[6]。研究正交(2n♀×4n♂)F1體細(xì)胞染色體核型結(jié)果表明,染色體核型表現(xiàn)出多態(tài)性,非整倍體(超三倍和亞三倍)染色體數(shù)量及類型無規(guī)律[7]。關(guān)于反交(4n♀×2n♂)F1體細(xì)胞的染色體核型迄今尚不清楚。因此,本研究以長江流域天然四倍體泥鰍為母本,大連農(nóng)貿(mào)市場購買的二倍體泥鰍為父本倍間雜交獲得雜交三倍體泥鰍為研究對象,低滲—空氣干燥法制備單個胚胎、6月齡及12月齡鰓細(xì)胞染色體標(biāo)本,分析染色體核型,旨在了解反交組合(4n♀×2n♂)雜交三倍體泥鰍不同發(fā)育階段染色體行為,為雜交三倍體泥鰍染色體組的不穩(wěn)定性提供細(xì)胞學(xué)依據(jù)。
1.1 親本采集
天然四倍體泥鰍采自長江流域湖北省赤壁市,二倍體泥鰍購于大連市農(nóng)貿(mào)市場。于大連海洋大學(xué)細(xì)胞與工程實驗室水族箱內(nèi)暫養(yǎng),溫度為(22±1)℃。通過流式細(xì)胞儀(Partec PAS-Ⅲ,PARTEC,Münster,Germany)和血紅細(xì)胞核體積測量方法鑒定倍性。
1.2 親本的倍性鑒定
1.2.1 紅細(xì)胞核體積測量
親本泥鰍為測定對象。魚體用苯甲醇稀釋液(1 m·L-1)麻醉,在臀鰭上方抽取少量血液,迅速滴在玻璃片上。待血液風(fēng)干后,滴1滴甲醇于載玻片,再用磷酸緩沖液(pH=6.8或7.4)10%吉姆薩染料染色5 min,自然風(fēng)干后顯微鏡下拍照,測量細(xì)胞核長度。每尾魚作血涂片1張,每張取50個細(xì)胞。分別測量紅細(xì)胞和紅細(xì)胞核長徑(a)、短徑(b),細(xì)胞核體積計算公式為V=4/3×π(a/2)(b/2)2,計算結(jié)果與前期試驗結(jié)果對比,鑒定倍性。
1.2.2 流式細(xì)胞儀檢測
已知二倍體泥鰍作為對照、親本泥鰍為測定對象。魚體用苯甲醇稀釋液(1 m·L-1)麻醉,取1 mm2尾鰭組織,加入100 μL裂解液于振蕩器上震蕩。組織充分裂解30 min,期間每隔10 min震蕩1次。向裂解完畢的組織中加入500 μL DAPI染料,震蕩混勻后靜置數(shù)秒。將所有液體經(jīng)500目篩網(wǎng)過濾,獲得細(xì)胞懸液使用Partec PAS-Ⅲ檢測。
1.3 人工催產(chǎn)及授精
選取體表無傷,性腺發(fā)育良好的二倍體泥鰍雄魚2尾與天然四倍體泥鰍雌魚2尾,注射絨毛膜促性腺激素(HCG)(注射劑量:♀20~25 UI·尾-1,♂減半)人工催產(chǎn),12 h后確認(rèn)雌魚排卵情況,輕壓雌魚腹部若有卵排出,即可用稀釋1 000倍的苯甲醇將泥鰍麻醉,雄魚生殖孔朝上置于濕潤紗布,一手持毛細(xì)管,平放于生殖孔旁邊,一手拇指從胸部以下開始向腹部擠壓收集精液,置于碎冰上保持低溫,膠頭滴管吸1滴置于干燥的載玻片上,加入1滴曝氣水激活,光學(xué)顯微鏡下觀察精子活力。麻醉雌魚生殖孔朝上置于濕紗布上,生理鹽水沖洗生殖孔,使生殖孔朝下盡量彎曲成弧形,中間腹部最低,用拇指從胸部以下向腹部擠壓,可見卵從生殖孔流出,把卵擠到事先用保鮮膜包裹的9 cm培養(yǎng)皿中,精子與卵混合,羽毛按順時針方向攪勻,加入淡水激活,混勻。配制4n♀× 2n♂雜交組合。
1.4 受精卵、幼魚培育
受精卵培育溫度為(25±1)℃。每天早晚各換2次曝氣水。保持室內(nèi)空氣新鮮和流通。受精后每2 h挑1次死卵,避免死卵污染水質(zhì)影響其他受精卵發(fā)育。孵化后幼魚1 d換水1次。孵化后第3天卵黃吸收完畢,開口后投餌。
1.5 染色體標(biāo)本制備
1.5.1 單個胚胎染色體標(biāo)本制備
取發(fā)育至眼胞期(受精后約18 h)胚胎30~50個,放入鋪有1%瓊脂糖培養(yǎng)皿中,加入適量生理鹽水,解剖鏡下用尖頭鑷子剝?nèi)ヂ涯ず吐腰S,膠頭吸管去除卵膜將卵黃胚胎吸出,放入盛有0.0025%秋水仙素的青霉素小瓶中避光處理45 min后,吸出秋水仙素,換為0.8%的檸檬酸低滲20 min,吸出檸檬酸,預(yù)冷的卡諾固定液(甲醇∶冰醋酸=3∶1)固定3次,每次15~20 min,-20℃冰箱冷凍過夜。
將預(yù)冷的四凹槽載玻片放在冰上,取1個胚胎置于凹槽中,吸干周圍液體,滴1滴50%冰醋酸,用黃槍頭搗碎呈細(xì)胞懸液,再加1滴預(yù)冷的卡諾固定液,吸出所有液體,液體滴于提前預(yù)冷載玻片,在酒精燈上過火,可見載玻片上藍(lán)色火焰,將載玻片傾斜放于托盤中,室溫下自然風(fēng)干。完全干燥的載玻片用磷酸緩沖液(pH=6.8或7.4)配置的10%吉姆薩染液染色45 min,之后用純水沖洗,自然風(fēng)干,染色體標(biāo)本在普通光學(xué)顯微鏡下選擇分散均勻、圖像清晰的中期分裂相于10×倍物鏡下觀察,100×倍物鏡(油鏡)下拍照。
1.5.2 鰓組織細(xì)胞染色體標(biāo)制備
采用修改后魚類染色體標(biāo)本快速制備方法制備6和12月齡的泥鰍取鰓組織染色體標(biāo)本[8],首先腹腔注射植物血球凝集素(PHA)溶液,注射劑量為6 μg·g-1魚體質(zhì)量,作用時間為18~20 h,之后第2次注射(劑量同第1次);4~6 h后注射體積分?jǐn)?shù)為0.1%的秋水仙素溶液,劑量為6 μg·g-1魚體質(zhì)量;2~3 h后,用稀釋1 000倍的苯甲醇溶液將魚麻醉后在臀鰭后2 mm處剪斷尾巴,放血,取出全部鰓組織于淡水生理鹽水中輕輕涮洗,去除血細(xì)胞,0.8%檸檬酸溶液中低滲40~45 min;用卡諾固定液(甲醇∶冰醋酸=9∶1)固定10 min,用100%冰醋酸處理2 min,預(yù)冷卡諾固定液(甲醇∶冰醋酸=3∶1)固定3次,每次15 min;-20℃冰箱冷凍貯藏過夜。樣品取出置于5 mL小燒杯中,加入幾滴50%冰醋酸,用小剪刀將其剪成細(xì)胞懸濁液,此步驟需在冰上完成,加入適量預(yù)冷卡諾固定液(3甲醇∶1冰醋酸)用過濾篩將細(xì)胞懸濁液過濾到另1個干凈燒杯中。冷滴片、染色及觀察方法同1.5.1。
1.6 核型分析
選染色體形態(tài)適中、分散良好、無重疊中期分裂相5個,測量長臂、短臂,計算染色體的相對長度和臂比。核型分析參照文獻(xiàn)[9]。相對臂長=每條染色體長度/一組染色體總長度×100%,臂比=長臂長度/短臂長度,可按照著絲粒位置、臂比范圍分為4類:臂比在1.00~1.70為中部著絲點染色體(M);臂比在1.71~3.00為亞中部著絲點染色體(SM);臂比在3.01~7.00為亞端部著絲點染色體(ST);臂比在>7.01為中部著絲點染色體(T);通過染色體核型分析,每個物種有各自的核型公式和臂數(shù)(NF),一般將M、SM染色體臂數(shù)記為2,將ST、T染色體的臂數(shù)計為1,在某些著絲粒中,除去著絲粒(主縊痕)外還有一段稍窄淡染區(qū)域稱為次縊痕,某些染色體還有隨體。
2.1 親本倍性鑒定結(jié)果
2.1.1 血紅細(xì)胞核體積測量
與其他魚類一樣,泥鰍紅細(xì)胞核呈橢圓球體,具有致密橢圓形細(xì)胞核。與高澤霞等結(jié)果對比,確定親本倍性為二倍體和四倍體(見圖1A,1B)[10]。泥鰍正常二倍體DNA相對含量200為對照組,在100倍鏡下觀察泥鰍血涂片結(jié)果。圖1A、1B分別為二倍體雄性和四倍體雌性親本泥鰍紅細(xì)胞照片。
2.1.2 流式細(xì)胞儀測定結(jié)果
流式細(xì)胞儀結(jié)果峰圖見圖1C,1D。分別為二倍體雄性和四倍體雌性親本DNA含量峰圖。
由圖1可知,二倍體雄性親本泥鰍鰭細(xì)胞DNA含量在200處出現(xiàn)第1個高峰;四倍體雌性親本泥鰍的鰭細(xì)胞DNA含量在400處出現(xiàn)第1個高峰。
2.2 胚胎染色體核型分析
雜交三倍體泥鰍早期胚胎階段整三倍體染色體數(shù)目為3n=75,核型公式:14M+9SM+52T,NF= 98(見圖2A);亞三倍體的染色體數(shù)目為3n=73,核型公式:13M+6SM+54T,NF=92(見圖2B);超三倍體的染色體數(shù)目為3n=77,核型公式:18M+ 7SM+52T,NF=102(見圖2C)。
2.3 6月齡染色體核型分析
6月齡階段的雜交三倍體泥鰍整三倍體染色體數(shù)目為3n=75,其中核型公式:15M+5SM+55T,NF=95(見圖3A);亞三倍體染色體數(shù)目為3n=73,核型公式:13M+6SM+54T,NF=92(見圖3B);超三倍體染色體數(shù)目為3n=76,核型公式:14M+6 SM+56T,NF=96(見圖3C)。
2.412月齡染色體核型分析
12月齡階段的雜交三倍體泥鰍整三倍體的染色體數(shù)目為3n=75,核型公式:16M+6SM+53T,NF=97(見圖4A);亞三倍體的染色體數(shù)目為3n= 72,核型公式:13M+6SM+53T,NF=91(見圖4B);超三倍體的染色體數(shù)目為3n=77,核型公式:13M+6SM+58T,NF=96(見圖4C)。
圖1 親本倍性鑒定結(jié)果Fig.1Ploidy identification of parental
圖2 四倍體泥鰍♀×二倍體泥鰍♂F1胚胎染色體中期分裂相及核型Fig.2The metaphase and chromosomes karyotype of hybrid triploid loach(4n♀×2n♂)at early embryonic stage
圖3 四倍體泥鰍♀×二倍體泥鰍♂F16月齡鰓細(xì)胞染色體中期分裂相及核型Fig.3The metaphaseandchromosomeskaryotypeofsixmonthagegillcellofhybridtriploidloach(4n♀×2n♂)
圖4 四倍體泥鰍♀×二倍體泥鰍♂F112月齡鰓細(xì)胞染色體中期分裂相及核型Fig.4The metaphase and chromosomes karyotype oftwelvemonthagegill cell of hybrid triploidloach(4n♀×2n♂)
染色體標(biāo)本制備在細(xì)胞遺傳學(xué)研究中具有重要意義[11]。染色體數(shù)目、染色體臂數(shù)、染色體排列配對方式及同親緣種比較等作為判斷物種倍性的鑒定指標(biāo)。
染色體核型分析是根據(jù)染色體長度、著絲點位置、臂比、隨體有無等特征,借助染色體分帶技術(shù),對某一生物體細(xì)胞分裂中期染色體分析、比較、排序和編號,是細(xì)胞遺傳學(xué)研究基本方法。
李雅娟等采用染色體計數(shù)法,對雜交三倍體泥鰍(正交:2n♀×4n♂,反交:4n♀×2n♂)胚胎、6月齡、12月齡等不同發(fā)育階段染色體數(shù)目統(tǒng)計分析,結(jié)果表明,不同發(fā)育階段均出現(xiàn)大量存活的非整三倍體個體,且非整三倍體率隨養(yǎng)殖時間延長逐漸下降[7]。與Zhang等報道超三倍體泥鰍能夠存活結(jié)果一致[12]。在貝類中曾有關(guān)于非整倍體存活的報道,原因可能是貝類是低等生物可耐受非整倍體存在。迄今為止,在太平洋牡蠣中發(fā)現(xiàn)有12種可存活的非整倍體,生長正常,且在某些方面表現(xiàn)一定優(yōu)勢[13-14];在皺紋盤鮑和合浦珠母貝中也發(fā)現(xiàn)存活的非整倍體[15-16]。無論是魚類還是貝類產(chǎn)生非整倍體的原因主要是在生殖細(xì)胞減數(shù)分裂過程中,前期Ⅰ的偶線期同源染色體不能配對、后期Ⅰ同源染色體不分離或分離延遲等,形成(n+1或n-1)的非整倍體配子。這些非整倍體配子與正常配子(n)結(jié)合時,形成各種各樣的非整倍體[17]。
不同倍性個體間雜交產(chǎn)生非整倍體的原因是細(xì)胞遺傳學(xué)研究熱點。Guo等研究顯示,太平洋牡蠣四倍體在減數(shù)分裂過程中前期Ⅰ同源染色體配對不完全,形成數(shù)目不等單價體和三價體,非整倍體形成[18]。Allen等研究表明,三倍體因含有3套染色體組,在減數(shù)分裂時有可能失去1套染色體組,造成染色體組的不穩(wěn)定[19]。姜波等在太平洋牡蠣研究中認(rèn)為二倍體×四倍體雜交時,非整倍體產(chǎn)生是因父本四倍體在減數(shù)分裂時出現(xiàn)錯誤,形成三價體或單價體精子[20]。Li等研究發(fā)現(xiàn),我國天然四倍體泥鰍無論雌、雄在減數(shù)分裂時均產(chǎn)生0~6個四價染色體和38~50個二價染色體[21]。因此,本研究采用四倍體雌性泥鰍與二倍體雄性泥鰍雜交產(chǎn)生非整倍體,原因可能是四倍體母本在減數(shù)分裂過程中,由于四價體,造成后期Ⅰ同源染色體不均等分離,產(chǎn)生非整倍體配子。這與姜波等研究的結(jié)果一致[20]。本研究分析雜交三倍體(4n♀×2n♂)泥鰍不同發(fā)育階段的染色體核型,結(jié)果表明,雜交三倍體泥鰍在胚胎、6月齡及12月齡存在大量非整倍體,不同發(fā)育階段的整三倍體、亞三倍體和超三倍體染色體數(shù)目雖相同,但核型公式不同,即染色體核型表現(xiàn)多態(tài)性。非整倍體中缺失、重復(fù)染色體數(shù)目及類型無規(guī)律。
本研究結(jié)果表明,以四倍體為母本,二倍體為父本產(chǎn)生的雜交三倍體子代不同發(fā)育階段染色體核型表現(xiàn)多態(tài)性。說明自然四倍體泥鰍作為母本時產(chǎn)生非整倍體雌配子。為雜交三倍體泥鰍染色體組不穩(wěn)定性研究提供細(xì)胞遺傳學(xué)依據(jù)。
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Resreach on karyotype polymorphism of hybrid triploid(4n♀×2n♂) loachMisgurnus anguillicaudatus
JANG Zhenhua1,ZHOU He1,MA Tianyu1,SHEN Fu2,
LIN Zhongqiao1,QIAN Cong1,LI Yajuan1(1.China Key Laboratory of Marine Bio-resources Restoration and Habitat Reparation in Liaoning Province,Dalian Ocean University,Dalian Liaoning 116023,China; 2.Fisheries Technology Extension Station of Beijing,Beijing 101105,China)
This study aimed at analysis chromosome karyotype of hybird triploid loach(tetraploid♀× diploid♂)in different development stages(early embryo,six months old and twelve months old).The results of early embryos loach showed that chromosomes number of triploid(3n=75)was 3n=75,karyotype formula was 14M+9SM+52TandNF=98;chromosomes number of hypotriploid(3n<75)was 3n=73,karyotype formula was 13M+6SM+54T,andNFwas 92;the chromosomes number of hypertriploid(3n>75)was 3n=77, karyotype formula was 18M+7SM+52T,andNFwas 102.The results of six months old loach showed that the chromosomes number of triploid was 3n=75,karyotype formula was 15M+5SM+55T,andNFwas 95;the chromosomes number of hypotriploid was 3n=73,karyotype formula was 13M+6SM+54T,andNFwas 92; the chromosomes number of hypertriploid was 3n=76,karyotype formula was 14M+6SM+56T,andNFwas
Misgurnus anguillicaudatus;hybird triploid;different developmental stages;chromosome karyotype
S917.4
A
1005-9369(2016)10-0034-07
時間2016-10-26 16:38:00[URL]http://www.cnki.net/kcms/detail/23.1391.S.20161026.1638.020.html
2016-07-13
國家自然科學(xué)基金項目(31272650)
江振華(1991-),男,碩士研究生,研究方向為水產(chǎn)動物遺傳育種。E-mail:jzh9103@163.com
*通訊作者:李雅娟,教授,博士,研究方向為水產(chǎn)動物遺傳育種。E-mail:liyajuan@dlou.edu.cn
96.The results of twelve months old loach showed that the chromosomes number of triploid was 3n=75, karyotype formula was 16M+6SM+53T,andNFwas 97;the chromosomes number of hypotriploid was 3n= 72,karyotype formula was 13M+6SM+53T,andNFwas 91;the chromosomes number of hypertriploid was 3n=77,karyotype formula was 13M+6SM+58T,andNFwas 96.The study showed that chromosome karyotype both of euploid and aneuploid showed polymorphism of hybird triploid loach in the different development stages.The conclusion provided a cytogenetic basis for hybrid triploid loach chromosome instability.