团头鲂（♀）×翘嘴鲌（♂）远缘杂交品系的建立及其Hox基因家族遗传变异分析

《Aquaculture Reports》：Establishment of a hybrid lineage via Megalobrama amblycephala (♀) ×? Culter alburnus (♂) and Genetic Analysis

本研究针对远缘杂交品系建立过程中的遗传变异机制这一关键问题，开展了以团头鲂（BSB）为母本、翘嘴鲌（TC）为父本的杂交品系（BTF1-BTF6）构建及Hox基因家族分析。研究成功建立了稳定的二倍体（2n=48）杂交品系，并通过筛选10个具有显著SNP差异的Hox基因，揭示了杂交后代中双亲基因的共存、父本基因丢失以及嵌合基因形成等遗传动态。该研究为理解杂交品系形成早期的基因组变化及鱼类遗传育种提供了重要模型和理论依据。

　　

在鱼类遗传育种领域，远缘杂交一直被视作创造新种质资源和培育优良品种的有效途径。通过将不同物种甚至不同属的鱼类进行杂交，可以打破物种间的生殖隔离，实现基因的跨物种交流，从而可能产生具有杂交优势（杂种优势）的后代，例如更快的生长速度或更强的抗病能力。然而，远缘杂交也伴随着巨大的挑战。杂交后代往往面临基因组不兼容、生殖障碍以及遗传不稳定性等问题，其背后的分子机制，特别是在连续多代自交形成稳定杂交品系的过程中，基因组的命运如何——双亲的基因是稳定共存，还是会发生丢失、重组或产生新的嵌合基因？这些问题对于理解杂交物种形成和指导育种实践都至关重要。

为了解决上述问题，一篇发表在《Aquaculture Reports》上的研究为我们提供了宝贵的见解。研究人员以中国重要的淡水经济鱼类——团头鲂（Blunt snout bream, BSB， 2n=48）为母本，和肉味鲜美的翘嘴鲌（Topmouth culter, TC， 2n=48）为父本，成功进行了属间远缘杂交，并经过连续六代的自交，建立了一个名为BTF₁-BTF₆的杂交品系群体。该研究不仅成功建立了这一稳定的杂交品系，更聚焦于一个在脊椎动物发育中扮演核心角色的基因家族——Hox基因家族，以此作为探针，深入剖析了杂交品系在建立过程中基因组发生的精细变化。

为了开展这项研究，作者团队运用了几个关键的技术方法。首先，他们通过人工授精技术建立了从BTF₁到BTF₆的连续杂交品系群体。其次，利用流式细胞术进行DNA含量检测和肾脏细胞染色体标本制备技术，对杂交品系及其亲本的倍性水平和染色体数目进行了精确鉴定。再者，从团头鲂和翘嘴鲌的基因组中，通过生物信息学比对，筛选出10个在双亲间具有显著单核苷酸多态性（SNP）差异的Hox基因（包括HoxA1a, HoxA3a等）。最后，采用聚合酶链式反应（PCR）扩增、克隆和Sanger测序技术，对这10个Hox基因在BTF₁至BTF₆代杂交鱼中的序列进行了获取，并通过序列比对分析，追踪了这些基因在杂交后代中的遗传来源、丢失以及嵌合现象。

3.1. 杂交品系的建立

研究人员通过雌性团头鲂（BSB）与雄性翘嘴鲌（TC）的属间杂交，获得了第一代杂交种（BTF₁）。BTF₁代个体性成熟后，通过自交产生了BTF₂代，并以此类推，经过连续六代的自交，成功建立了一个新的杂交品系（BTF₁-BTF₆）。这表明该远缘杂交产生的F₁代具有可育性，能够克服生殖隔离，形成可稳定遗传的群体。

3.2. 杂交品系倍性水平的确定

通过对BTF₁-BTF₆代鱼及其亲本进行DNA含量分析和染色体计数，研究证实该杂交品系为二倍体。流式细胞术结果显示，各代杂交鱼的DNA平均含量与理论上的双亲DNA含量平均值（0.5 BSB + 0.5 TC）无显著差异。染色体分析进一步表明，超过90%的BTF₁-BTF₆代鱼细胞具有48条染色体，核型为18m+26sm+4st，与亲本一致。这些结果共同确证了BTF₁-BTF₆是一个染色体数目稳定的二倍体杂交品系。

3.3. 形态学性状

研究人员对BTF₁-BTF₆代杂交鱼的可数性状（如侧线鳞数目、背鳍鳍条数等）和可量性状（如体长/体高比、头长/头高比等）进行了测量，并与亲本进行了比较。结果显示，杂交后代的大部分性状介于双亲之间，呈现出中间型特征，但某些性状（如体高/头高比）甚至显著大于双亲，体现了杂交可能带来的性状变异甚至超亲遗传。

3.4. Hox基因家族的筛选与扩增

基于斑马鱼已知的Hox基因序列信息，通过生物信息学比对，从BSB和TC基因组中筛选出10个在双亲间存在显著SNP差异的Hox基因。针对这些基因设计了特异性引物，并成功从BTF₁-BTF₆代杂交鱼的基因组DNA中扩增出目标序列，为后续的遗传分析奠定了基础。

3.5. 遗传分析

这是本研究最核心的发现部分。通过对BTF₁-BTF₆代杂交鱼中10个Hox基因的序列进行分析，并根据亲本特异的SNP位点判断其遗传来源，研究人员发现：（1）母本（BSB）来源的Hox基因在BTF₁至BTF₆代中均能稳定遗传。（2）父本（TC）来源的Hox基因（如HoxB1a和HoxB3a）在BTF₄代及以后的群体中丢失。（3）在BTF₁代杂交群体中，检测到7个基因（如HoxA1a, HoxA3a等）存在嵌合现象，即其序列同时包含来自BSB和TC的片段。其中，HoxA1a, HoxA3a和HoxC12b这三个嵌合基因能够稳定遗传到BTF₆代，而另外4个嵌合基因则在BTF₃或BTF₄代丢失。此外，HoxA9a, HoxA13b和HoxB8b这三个基因在所有世代中均未检测到嵌合现象。

该研究的讨论部分进一步强调了其重要意义。远缘杂交是鱼类遗传改良的常用策略，而能够形成可育后代并建立稳定杂交品系的案例尤为珍贵，例如之前报道的异源四倍体鲫鲤品系。本研究建立的BTF₁-BTF₆二倍体杂交品系，为研究杂交早期基因组进化提供了又一个重要模型。研究结果表明，在杂交品系形成过程中，双亲亚基因组并非简单叠加，而是经历了复杂的相互作用，包括父本基因的丢失和嵌合基因的形成。嵌合基因现象在远缘杂交中普遍存在，它可能是调和异源基因组间不兼容性的一种策略。本研究通过精准追踪10个特定Hox基因的遗传命运，直观地揭示了这一动态过程。尽管部分父本基因丢失，但杂交品系仍能稳定繁殖，这可能与BSB和TC基因组间较高的相似性有关，使得基因组比例的某些变化仍能维持正常的生物学功能。综上所述，这项研究不仅成功创建了一个新的鱼类杂交种质资源，更重要的是，通过Hox基因这一独特视角，深入揭示了远缘杂交品系建立过程中基因组的变异规律，为理解杂交物种形成的遗传基础以及指导鱼类精准育种提供了宝贵的理论依据和实践参考。