实验海洋生物学重点实验室知识库

长牡蛎（Crassostrea gigas）又称太平洋牡蛎，是世界上重要的经济贝类，也是我国养殖产量最高的海水养殖动物，因其鲜美的口感及丰富的营养物质而备受市场青睐，逐渐成为餐桌上最常见的海产品之一。然而，对比国家标准，我国牡蛎产品整体的产品质量不足，高端产品占比较低，因此对牡蛎品质性状的提升便成为了当务之急。壳型与条件指数是衡量长牡蛎品质最直观的因素，消费者更偏爱拥有周正壳型以及肉质肥美的牡蛎。对这些性状进行解析，寻找相关的位点、基因及通路机制，有助于贝类的选择育种，从而获得更受市场欢迎的牡蛎产品。本研究首次通过基因组、转录组及代谢组等多组学分析，筛选了与长牡蛎壳型相关的SNP位点及基因，绘制了长牡蛎条件指数差异调控网络，为高品质长牡蛎分子育种提供新的参考。主要内容及结论如下：

1.   长牡蛎壳型相关性状的全基因组关联分析及验证

本研究使用实验室此前构建的427个半同胞家系，在四个不同的生长时间段测量了子一代的20个生长与壳型指标。相关性分析发现，前三次测量的牡蛎间的性状相关性相对较强，与第四次测量的性状间相关性弱，这表明在牡蛎不同的生长时间段，调控牡蛎生长及壳型性状的机制可能存在差异，而时间越近，调控机制越相似。之后，通过全基因组关联分析（GWAS）确定了与这些性状相关的基因，最终筛选了与生长及壳型性状显著相关的212个SNPs及66个候选基因，并通过实时荧光定量PCR在另一独立群体中对候选基因进行验证，获得7个可能与壳型性状相关的组间表达差异显著基因（Rpsa, Trim3, Tnn, Ky, Fndc2, SLC7A9, and Ankrd44; P < 0.05）。

2.   全基因组重测序揭示极端壳型长牡蛎的单核苷酸多态性

从乳山养殖的一个单体牡蛎群体中挑选壳型（壳长与壳高之比，SLSH）极小或极大的长牡蛎分别命名为长群体（C）和圆群体（Y），并对这两个群体进行生长与壳型相关的表型测定与相关性分析。之后，在两个群体中各选60个个体，将20个DNA混为一个样，进行全基因组重测序。研究采用欧氏距离法（ED）计算极端壳型群体间单核苷酸多态性（SNP）的差异，共获得与壳型相关的925个差异SNPs及593个候选基因。我们在另一独立的单体长牡蛎群体中，选取极端壳型个体中通过SNaPshot进行基因分型验证，获得两个与壳型差异相关的SNP（g26854_18684937和g12848_59192428，P < 0.05），并通过数量性状关联分析发现SNP g26854_18684937中的次要等位基因C是圆群体中的有利基因型。通过实时荧光定量PCR实验，共鉴定获得10个在长（C），圆（Y）群体中差异表达的基因（Creld2-b, Dgke, ERp44, TAF1A, Ric8a, Poldip3, ANAPC7, Cog1, Cebpz和ARNT），且结果表明，不同壳型的牡蛎对环境胁迫的响应不同。以上对于长牡蛎壳型的研究结论不仅为牡蛎壳型的遗传研究提供参考，也对今后双壳贝类的选择性育种有重要作用。

3.   多组学揭示不同年龄长牡蛎群体的条件指数差异机制

我们选取了一龄（D）与二龄（G）两个长牡蛎群体，分别在人工控制条件（促熟和催产）条件下对其性腺发育前条件指数（condition index，CI）较高与产卵后CI较低的两个时间点对其进行转录组和代谢组的测序分析。对两个群体生长性状的测量发现，群体间CI表型差异显著，且导致CI下降的原因是软组织重量的降低。转录组与代谢组的联合分析表明，生长相关基因表达差异、FoxO信号通路以及碳水化合物、脂质、氨基酸和能量代谢的调节是导致两个群体CI差异的主要原因。此外，萜类生物合成与卟啉代谢途径在一龄长牡蛎中上调，而碳水化合物相关代谢途径则在二龄牡蛎中广泛富集。这些趋势表明，不同年龄的牡蛎群体间CI差异的机制并非完全相同。这是首次通过转录组和代谢组学联合分析来确定不同年龄长牡蛎群体CI差异的复杂机制，该研究将为牡蛎肥满度等品质相关性状的研究提供新的视角，有助于牡蛎的育种和养殖。

4.   Notch信号通路在冠轮动物中的保守与分化

Notch通路是后生动物早期发育的关键通路，与包括牡蛎在内的冠轮动物的形态多样性有关。本研究通过系统发育和分子进化研究，探讨了Notch通路基因在37种后生动物中的进化过程，并重点关注冠轮动物。我们在后生动物中展示了Notch通路的组成部分，发现Delta和Hes/Hey相关基因及其功能域在冠轮动物动物中存在扩增。通过比较转录组学分析，我们可以精确定位Notch信号通路中多基因家族的序列差异。我们鉴定了一个软体动物特异性基因Delta2的复制机制，并发现它在整个发育过程中表现出互补表达，可能与双壳贝类壳形成有关。此外，我们发现不仅Notch通路扩增基因（Delta和Hes/Hey相关基因）存在功能多样性，进化保守基因（Notch、Presenilin和Su(H)）也存在功能上的分化。本研究揭示了Notch通路的保守性和多样性，揭示了后生动物之间的进化关系，为包括牡蛎在内的冠轮动物发育多样性的发生提供了证据，并为今后的基因功能研究提供了基础。