基于转录组的鱼虾精巢差异表达基因分析开题报告

 2023-02-14 09:56:22

1. 研究目的与意义、国内外研究现状(文献综述)

本课题的意义、国内外研究概况、应用前景等(列出主要参考文献)

21世纪以来,随着经济的发展和生活水平的提高,国民对于动物性食物的需求量快速增长,而水产养殖业是其增长速度最快的领域。然而基础理论研究滞后于水产养殖业的快速发展,导致鱼虾自然种质资源退化、病害频发等问题日渐严重。水产养殖育种方面早期研究基本上都是利用表型选择来挑选优良性状的亲本,这种方法受到环境因素和选择强度的干扰,遗传力较低的性状将难以通过该方法进行选育,只有遗传力强的性状才能进行选育;而杂交回交技术进行选育时难以检测出遗传上的优良个体,需要通过不断地回交才能获得稳定的优良品种,花费较多人力和物力[1]。随着科技的进步,以基因组学、转录组学等技术也逐渐运用到水产中,转录组数据的分析能够让人了解基因的差异表达,对关键的基因和代谢通路定位,并找到与其关联的特定生理现象,这为研究生物生长发育等提供了有效帮助[2-3],也对水产动物传育种有一定的帮助。鱼类与甲壳类,营养丰富肉质鲜美,深受人们喜爱,有很高的经济价值。同时随着凡纳滨对虾(Litopenaeus vannamei)的快速发展,我国成为全球第一养虾大国[4]。若将先进的现代生物技术应用于水产养殖遗传育种中,通过转录组学研究,寻找甲壳类和鱼虾性腺之间的共有特征和各自特点,建立基因池,并通过转基因等技术,打破物种间遗传物质间的屏障,解决各自的繁殖育种、生长发育等问题,不仅能满足人们对于数量和质量的需求,还有利于我国水产业的种质资源的可持续发展[5-8]。

在鱼类和甲克壳类中,很多物种存在性别二态性,比如不同性别间生长速度等存在明显差异,罗非鱼雄性生长速度高于雌性,对虾类雌性生长速度大于雄性,通过控制性别进行单性养殖能大大提高养殖效益[9-11]。为了深入了解这种性别二态性现象出现的原因,国内外已有许多学者对水产动物性腺差异表达基因进行分析,Jinxia Peng[12]等分析了南美白对虾雌雄性腺的差异表达基因,Tao W[9]等分析了尼罗罗非鱼乳化后5天、30天和180天雌雄性腺的差异表达,孙业盈[13]分析了导致半滑舌鳎雌雄精巢重量差异的基因表达。然而目前关于水产动物性腺差异表达基因的研究,大多数是对同一物种不同性别的基因研究,对于不同物种同一性别的性腺差异表达基因的分析较为稀少。

本课题选取世界上三大养殖对虾中单产量最高的凡纳滨对虾,成年雄虾的精巢数据,以及被誉为未来动物性蛋白质主要来源之一的尼罗罗非鱼[14],孵化后30天和180天的精巢数据,进行差异表达基因分析。通过寻找鱼类和甲壳类之间的共有特征和各自特点,建立基因池,为未来通过转基因等生物技术,解决他们各自的育种、养殖等问题提供参考,有着极大的应用前景。

参考文献

[1] 孙效文,鲁翠云,贾智英,等. 水产动物分子育种研究进展[J]. 中国水产科学, 2009, 16(6):981-990.

[2] 方翔,曾伟伟,王庆,等. 基因组学、转录组学、蛋白质组学和结构生物学在水产科学中的应用[J]. 动物医学进展, 2015, 36(7):108-112.

[3] 罗辉,叶华,肖世俊,等. 转录组学技术在水产动物研究中的运用[J]. 水产学报, 2015, 39(4):598-607.

[4] 宋盛宪.对虾养殖现状、发展趋势与对策[J]. 江西水产科技, 2006(2):1-7.

[5] 黄海燕,王爱民,石耀华. 转基因技术在水产动物中的运用[J]. 基因组学与应用生物学, 2009, 28(2):398-404.

[6] 孙传范. 我国农业转基因技术的应用现状和展望[J]. 安徽农业科学, 2011, 39(15):8850-8852.

[7] Ragasa C, Pehu E. Agricultural biotechnology: Transgenics in agriculture and their implications for developing countries. [J]. Washington Dc World Bank, 2008.

[8] Laible G, Wei J, Wagner S. Improving livestock for agriculture - technological progress from random transgenesis to precision genome editing heralds a new era. [J]. Biotechnology Journal, 2015, 10(1):109-120.

[9] Tao W, Yuan J, Zhou L, et al. Characterization of Gonadal Transcriptomes from Nile Tilapia (Oreochromis niloticus) Reveals Differentially Expressed Genes[J]. Plos One, 2013, 8(5):e63604.

[10] 李诗豪. 对虾性别相关基因筛选及其在性别分化中的表达调控研究[J]. 实验海洋生物学重点实验室, 2012.

[11] 沈冰玲. 日本囊对虾雌雄性腺差异表达基因的克隆与分析[D]. 集美大学, 2010.

[12] Liu Y, Hui M, Cui Z, et al. Comparative Transcriptome Analysis Reveals Sex-Biased Gene Expression in Juvenile Chinese Mitten Crab Eriocheir sinensis[J]. Plos One, 2015, 10(7):e0133068.

[13] 孙业盈. 半滑舌鳎性腺差异表达基因的克隆鉴定与表达分析[D]. 中国海洋大学, 2008.

[14] 张宗锋. 以湛江、茂名海南为例探究我国凡纳滨对虾、罗非鱼养殖现状及面临的问题[D]. 上海海洋大学, 2012.

2. 研究的基本内容和问题

研究目标:

本课题以罗非鱼和凡纳滨对虾的精巢转录组数据为研究对象,进行序列结构分析、文库质量评估、差异基因分析,寻找它们之间的共有特征和各自特点。

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3. 研究的方法与方案

研究方法:

1. 下载凡纳滨对虾精巢转录组数据(SRR2060962),尼罗罗非鱼孵化后30天(SRR526903)和180天(SRR521273)的精巢转录组数据。

2. 对数据进行分析,包括文库质量评估、SNP分析、可变剪接预测、新基因的发现、基因表达量的分析、差异表达基因分析、差异表达基因功能注释和富集分析。

技术路线:

原始数据测序

测序数据质控

序列结构分析

文库质量评估

与参考基因对比

SNP分析

可变剪接分析

基因结构优化

新基因分析

差异基因分析

基因表达量计算

差异基因筛选

差异基因富集分析

差异基因功能注释

蛋白调控网络分析

片段随机性检验

插入片段检验

数据饱和度检验

试验方案可行性分析:

本课题研究方法和手段科学合理,先进可行,课题所涉及的试验方法均成熟可靠,可取得预期成果。

尼罗罗非鱼(Oreochromis niloticus)孵化后30天是性腺形态分化及雌性减数分裂起始时期;孵化后180天是雄性精子发生发生及雌性卵黄发生的重要时期。选取罗非鱼孵化后30天及180天的精巢数据进行分析,能很好的代表罗非鱼的精巢基因表达情况。13月龄的成年雄性凡纳滨对虾(Litopenaeus vannamei)对虾精巢也能代表其精巢基因表达情况。而课题中所用到的尼罗罗非鱼及凡纳滨对虾精巢数据都已有前人进行采集,可直接从数据库下载获得。

本课题实施依托中国水产科学院淡水渔业研究中心,遗传育种研究室。实验室拥有的仪器设备及合作项目公司能满提供据分析帮助。

4. 研究创新点

在之前的水产动物与性腺有关的差异表达研究中,多侧重于同一物种不同性别的研究,旨在发现导致他们雌雄生长速度,体型等方面差异的原因,再通过一系列生物技术手段对品种进行改良,以获得更高的产品品质和生产效益。而本课题选取凡纳滨对虾(Litopenaeus vannamei)成年精巢,和尼罗罗非鱼(Oreochromis niloticus)孵化后30天、180天精巢,这两个完全不同物种的精巢转录组数据,分析甲壳类和鱼类精巢的差异表达基因,寻找鱼类和甲壳类共有特征和各自特点,为未来通过转基因等生物技术,解决他们各自的育种、养殖等问题提供参考。

5. 研究计划与进展

2016年9月――2016年10月:资料查阅、实验设计。

2016年11月――2017年12月:实验所需数据下载,联系数据分析公司,讨论试验方案及可行性。

2017年1月――2017年2月:进行数据分析,数据处理,撰写并提交开题报告。

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