973项目申报书 - 重要养殖鱼类功能基因组和分子设计育种的基础研究

项目名称： 重要养殖鱼类功能基因组和分子设计育

起止年限：依托部门：种的基础研究

桂建芳 中国科学院水生生物研究所 2010年1月-2014年8月 中国科学院 湖北省科技厅

首席科学家：

一、研究内容

基于拟解决的鱼类分子设计育种的策略和理论基础以及鱼类分子设计育种的可行性途径这两个关键科学问题，本项目拟集中在鱼类主要经济性状如生殖、生长、抗性的功能基因组和分子设计育种的基础方面，重点解析这些主要经济性状的基因调控网络，开拓关键技术，其主要研究内容包括：

1）鱼类生殖基因调控网络及其分子设计育种的基础研究

采用基因转移、morpholino介导的基因敲降等技术，配合整体原位杂交、细胞示踪和免疫荧光定位等方法，重点解析鱼类生殖质(germ plasm)的基因调控网络；揭示重要生殖调控基因在鱼类卵母细胞成熟和卵-胚转换中的功能作用及其调控机制；探讨鱼类配子发生过程中双亲特异性甲基化在生殖调控中的作用及其及其调控网络；通过大规模RFLP分析等呈现技术，筛选雌雄个体间性别特异的DNA片段标记，进而通过Genomic Walking克隆分离与性别决定和性别分化相关基因；揭示鱼类性别决定和性别分化的基因调控网络及其作用机理；筛选鉴定出可用于鱼类分子设计育种的性别特异表达基因和分子标记；开拓生殖调控基因和分子标记用于鱼类分子设计育种的可行性途径。

2）鱼类生长的基因调控网络和分子设计育种的基础研究

采用morpholino介导的基因敲降、整体原位杂交、细胞示踪、免疫荧光定位以及组织碎片灌流和细胞孵育等在体和离体研究等技术，重点解析鱼类下丘脑/垂体控制生长的基因调控网络；揭示鱼类性成熟和生长的相互协调及其调控机理；探讨脑肠肽/生长激素/类胰岛素生长因子信号通路及其对鱼类生长的调控机制；揭示卵泡抑素等抑肌素相关基因在调控鱼类肌肉细胞增殖和鱼肉蛋白/脂肪平衡的作用机理；研制可控不育性转卵泡抑素等基因的转基因鱼品系；阐明鱼类个体大小调控基因的系统发育和进化规律；开拓生长基因调控网络和分子标记尤其是主控基因用于鱼类分子设计育种的可行性途径。

3）鱼类抗性的基因调控网络和分子设计育种的基础研究

利用我们自主建立的分离鱼类抗病毒基因的细胞模型，重点解析鱼类干扰素系统和抗菌肽基因的调控网络和抗病作用机理；揭示重要鱼类病原与宿主免疫系

统的相互作用及其作用机制；探讨在鱼类抗病免疫反应中主效基因调控网络、功能和抗病机理；研制具有抗病性状的雌核发育系和近交家系；鉴别出与鱼类抗病性状密切相关的分子标记和等位基因及其抗病QTL定位；建立鱼类抗病分子设计育种的理论和技术方法，开拓其可行性途径。

采用大规模测序和基因芯片分析等手段，通过比较转录组学和基因功能分析等研究手段，解析鱼类抗寒基因调控网络及其作用机理，揭示低温胁迫下不耐寒鱼类基因表达谱与耐寒鱼类基因表达谱的差异及其关键基因的功能；创制鱼类抗寒机理研究模型，开拓鱼类抗寒基因用于分子设计育种的可行性途径。

4）鱼类分子设计育种的关键技术研究

通过建立鱼类数量性状基因调控网络信息整合技术和鱼类经济性状主效基因的图谱定位，揭示鱼类经济性状主效基因同线性和性状关联性关系，阐明鱼类经济性状主效基因转录组以及它们在群体和家系中的功能，确定鱼类经济性状主效基因标记和基因不同组合的遗传效应，评估其育种效率，由此创建可用于鱼类分子设计育种的数量性状多基因聚合育种的技术路线。

通过创制基于蛋白分子设计、BAC克隆、转座子系统、Cre/lox基因靶位操作的稳定、高效的鱼类转基因技术，优化和完善基于蛋白质锌指结构的鱼类基因快速敲除系统，创建基于破坏原生殖细胞发生或维持的具有遗传安全的鱼类转基因技术体系等建立可用于鱼类分子设计育种的基因操作技术路线，并揭示性腺特异小RNA在基因表达调控中的作用，阐明piRNA与互作蛋白的调控途径，研制出持续激活的生长激素受体基因的转基因鱼，揭示持续转激活生长激素受体基因与转生长激素基因的转基因鱼的效应及其信号通路的调控差异。

二、预期目标

本项目的总体目标：

针对水产养殖业发展现状和可持续发展需求，通过开展重要养殖鱼类生殖、生长和抗性等主要经济性状的功能基因组研究，解析鱼类生殖的基因调控网络、鱼类生长的基因调控网络、鱼类抗病和抗寒的基因调控网络，筛选鉴定进行分子设计育种的主控或关键基因和分子标记，建立鱼类分子设计育种的关键技术及其技术体系，在理论上阐明鱼类生殖、生长、抗病和抗寒等主要经济性状和重要生命现象的基因调控网络及其作用机理，提出鱼类良种分子设计的策略；在技术方法上，建立鱼类分子设计育种的多基因聚合和基因操作技术，创制优质育种材料，创建鱼类分子设计育种的可行性途径。通过这些研究，使我国在鱼类功能基因组研究中居国际领先水平，为培育高产优质养殖新品种奠定理论和技术基础，为我国水产养殖业的可持续发展和渔业生物技术的创新做出贡献。

五年预期目标:

1. 解析鱼类生殖、生长、抗病和抗寒的基因调控网络；

2. 筛选鉴定具有自主知识产权、可用于鱼类分子设计育种的功

能基因和分子标记30－50个；

3. 揭示鱼类性别决定与分化、卵母细胞成熟和卵-胚转换的分子机

制；

4. 阐明鱼类生长激素分泌的信号通路；

5. 阐明鱼类干扰素系统关键基因和重要抗菌基因的抗病功能及其

作用机理；阐明鱼类抗寒关键信号通路及其作用机理； 6. 建立鱼类数量性状多基因聚合育种技术；

7. 创建基于蛋白分子设计和遗传安全的稳定高效的基因操作技术；

8. 建立主要经济性状功能基因组研究和分子设计育种中间的有机

联系，创制2－3个在生殖、生长 或抗性等目标经济性状上表现优质的育种材料；

9. 凝聚和培养一批有国际影响的中青年学术带头人和学术骨干；发

表一批高质量的学术论文，其中在有重要国际影响的期刊（相关领域引用排名前15%的期刊或影响因子大于5的期刊）发表论文50篇以上。