戴習林高翔王海洋明磊江宗冰丁福江

（1.上海海洋大學 農(nóng)業(yè)部淡水水產(chǎn)種質(zhì)資源重點實驗室，上海 201306；2.上海申漕特種水產(chǎn)開發(fā)公司，上海 201516）

幼體發(fā)育速度不同的羅氏沼蝦遺傳結(jié)構(gòu)分析

戴習林1高翔1王海洋1明磊1江宗冰1丁福江2

（1.上海海洋大學 農(nóng)業(yè)部淡水水產(chǎn)種質(zhì)資源重點實驗室，上海 201306；2.上海申漕特種水產(chǎn)開發(fā)公司，上海 201516）

旨在從分子生物學角度探討造成羅氏沼蝦幼體期發(fā)育速度不同步和生長差異的原因，利用8對微衛(wèi)星引物對5組幼體發(fā)育速度不同的羅氏沼蝦群體進行遺傳多樣性和遺傳變異分析。結(jié)果顯示，8對微衛(wèi)星引物在5組羅氏沼蝦群體中共檢測到57個等位基因，各微衛(wèi)星座位的等位基因數(shù)（Na）分別在5-10個之間，5組羅氏沼蝦群體的遺傳多樣性無明顯差異，同時兩兩群體間的遺傳分化系數(shù)和遺傳距離亦非常接近，均說明5組幼體發(fā)育速度不同的羅氏沼蝦群體的遺傳分化主要來自于個體間遺傳差異。結(jié)合前期研究表明導致羅氏沼蝦幼體發(fā)育速度的不同步和生長差異的原因并非遺傳變異和環(huán)境差異。

羅氏沼蝦；幼體發(fā)育速度；遺傳多樣性；遺傳變異

羅氏沼蝦是一種養(yǎng)殖范圍較廣的淡水經(jīng)濟蝦類，現(xiàn)已成為我國主要的養(yǎng)殖蝦類之一，具有重要的經(jīng)濟價值［1］。但近幾年，羅氏沼蝦在養(yǎng)殖過程中病害頻發(fā)，苗種質(zhì)量也時好時壞，給我國羅氏沼蝦養(yǎng)殖發(fā)展造成了重大困擾，多數(shù)學者提出是高密度養(yǎng)殖、過多使用抗菌藥物、蝦苗抗逆性差及近親交配導致的種質(zhì)退化等原因所致［2-4］。苗種質(zhì)量的好壞主要取決于種質(zhì)、親本質(zhì)量、育苗工藝、藥物使用情況等，且很大程度上取決于幼體的質(zhì)量［5］。凡納濱對蝦幼體發(fā)育至仔蝦需12 d左右，中國明對蝦一般需21 d，發(fā)育速度快慢相差一般不超過3 d［6-9］。不同于凡納濱對蝦（Litopenaeus vannamei）、中國明對蝦（Fenneropenaeus chinensis）等蝦類，羅氏沼蝦的無節(jié)幼體期（Nauplius，N）是在胚胎中度過的，而其溞狀幼體（Zoea，Z）需經(jīng)11次蛻皮才能發(fā)育成仔蝦［10］。經(jīng)過多年生產(chǎn)實踐和研究，羅氏沼蝦幼體發(fā)育具有明顯的不同步性。相同培育條件下，同窩同天孵出的溞狀幼體發(fā)育至仔蝦所需時間約13-40 d［11］，即使改善餌料和環(huán)境因子，部分幼體發(fā)育滯緩仍明顯，幼體發(fā)育速度顯著不一致。造成羅氏沼蝦幼體發(fā)育速度不同步的原因現(xiàn)階段尚未見報道。

前期研究表明，羅氏沼蝦的幼體發(fā)育速度不同對其生長、存活等有顯著影響。羅氏沼蝦在仔蝦期與幼蝦期的生長速度、成活率、規(guī)格整齊度、性別比均隨幼體期發(fā)育速度的減緩而呈下降趨勢。本實驗基于前期研究基礎，通過人工培育同窩同日幼體，分析幼體發(fā)育不同步變態(tài)的羅氏沼蝦仔蝦間的遺傳多樣性和遺傳變異，以期從分子生物學角度探討造成幼體期發(fā)育速度不同步和生長差異的原因，為羅氏沼蝦的人工繁殖、遺傳育種與制種方面提供理論基礎和實踐指導。

1 材料與方法

1.1 材料

1.1.1 實驗用親蝦 實驗用親蝦取自上海申漕特種水產(chǎn)開發(fā)公司養(yǎng)殖的羅氏沼蝦群體。隨機挑選數(shù)十對附肢完整、規(guī)格一致的健康成蝦，雌雄分開飼養(yǎng)并營養(yǎng)強化，待雌蝦性腺發(fā)育至近成熟時，雌雄蝦兩兩隨機組合配對，交配抱卵，從中挑選4尾同日抱卵雌蝦作為試驗用繁殖親蝦，=（9.226±0.330）cm，=（23.376±4.082）g，同池飼養(yǎng)。

1.1.2 實驗用仔蝦與分級 待抱卵親蝦腹部卵塊呈淺灰色時，將4尾抱卵蝦分別隨機放入盛滿育苗用水的水槽中暫養(yǎng)，溞狀幼體全部孵出后移走親蝦。每日觀察并記錄幼體發(fā)育情況，從仔蝦出現(xiàn)開始，每隔3日，將3日內(nèi)連續(xù)變態(tài)發(fā)育的仔蝦全部移出，幼體在原育苗桶中繼續(xù)培育，重復此過程5次，每批仔蝦移出后均采用間斷添加淡水方式淡化4 d至鹽度小于1，每批取30尾入水泥池中飼養(yǎng)。根據(jù)幼體發(fā)育至仔蝦的不同培育天數(shù)共獲得幼體期發(fā)育速度不同的PⅠ、PⅡ、PⅢ、PⅣ、PⅤ（PⅠ表示第1日出現(xiàn)的仔蝦日，PⅡ為出現(xiàn)仔蝦第2日-第4日出現(xiàn)的仔蝦，PⅢ為出現(xiàn)仔蝦第5日-第7日出現(xiàn)的仔蝦，PⅣ為出現(xiàn)仔蝦第8日-第10日出現(xiàn)的仔蝦，PⅤ為出現(xiàn)仔蝦第11日-第13日出現(xiàn)的仔蝦）5批仔蝦，即為試驗用仔蝦。采用循環(huán)水系統(tǒng)育苗，水溫、水質(zhì)保持一致，育苗期間投喂鹵蟲，投喂密度相似。因仔蝦偏小，提取DNA后DNA濃度偏低，故將實驗用仔蝦在相同規(guī)格的水泥池中飼養(yǎng)后取肌肉提取DNA。飼養(yǎng)期間投喂量、溫度和密度等基本保持一致，30 d后取仔蝦肌肉浸沒于無水乙醇中，4℃保存?zhèn)溆谩?.1.3 微衛(wèi)星引物 本實驗使用的微衛(wèi)星標記引物共8對，Mr7-88、SUGbp8-101b、SUGbp8-101c、SUGbp8-103a、MRMB11、MRMC2六對引物由已發(fā)表的外文文獻中篩選而來，SUGbp8-103b、SUGbp8-137兩對引物則由本實驗室自主開發(fā)。引物合成由上海生工生物工程服務有限公司完成，引物信息見表1。

1.2 方法

1.2.1 組織DNA提取 組織DNA提取主要過程參照Strauss［12］提取方法，取肌肉組織100 mg左右洗凈、剪碎、烘干后經(jīng)蛋白酶消化，酚-氯仿法抽提、純化，無水乙醇沉淀，最后加入適量TE緩沖液（10 mmol/L Tris-HCl，pH8.0；1 mmol/L EDTA，pH8.0）溶解DNA，制成終濃度為50 ng/μL的模板DNA，4℃保存?zhèn)溆谩?/p>

1.2.2 PCR反應擴增及PCR產(chǎn)物電泳檢測 PCR反應體系主要參考戴習林等［13］方法，6對國外引物的循環(huán)次數(shù)和退火溫度參考文獻［14-18］。采用Eppendorf公司PCR儀（22331HAMBURG）對5組幼體發(fā)育速度不同的羅氏沼蝦群體DNA進行PCR擴增，8%非變性聚丙烯酰胺對PCR產(chǎn)物進行電泳分離，常規(guī)銀染法監(jiān)測。

1.2.3 數(shù)據(jù)分析 采用Gelpro analyzer4.5［19］軟件分析電泳譜帶，確定擴增片段大小并判定個體基因型；采用PopGene（Version 3.2）［20］和Excle統(tǒng)計軟件分析微衛(wèi)星基因座位的等位基因數(shù)（Na）、有效等位基因數(shù)（Ne）、觀測雜合度（Ho）、期望雜合度（He）、遺傳分化系數(shù)（Gst）、基因流（Nm）以及Nei's遺傳距離和遺傳一致度［21］。

根據(jù)Botstein等［22］公式計算群體的多態(tài)信息含量（Polymorphism information content，PIC）：

其中，n為某位點上等位基因數(shù)，Pi、Pj分別為第i和第j個等位基因在群體中的頻率，j=i+1。根據(jù)群體的遺傳距離，采用MEGA5.0軟件運用非加權(quán)配對算術(shù)平均法（Unweighted pair group method using arithmetic average，UPGMA）構(gòu)建系統(tǒng)進化樹［23］。

表1 羅氏沼蝦8對微衛(wèi)星微點的特征

2 結(jié)果

2.1 不同微衛(wèi)星位點的遺傳多樣性指標

利用8對微衛(wèi)星引物對5組幼體發(fā)育速度不同的羅氏沼蝦群體進行檢測，結(jié)果（表2）顯示，共檢測到57個等位基因，各微衛(wèi)星的等位基因數(shù)（Na）在5-10個之間，其中微衛(wèi)星座位SUGbp8-103a檢測到的等位基因最多（10個），微衛(wèi)星座位Mr7-88、SUGbp8-101b、MRMC2發(fā)現(xiàn)最少（5個），平均等位基因數(shù)為7.125；有效等位基因數(shù)（Ne）為1.820 8-5.085 5，平均有效等位基因數(shù)為3.782 1；觀測雜合度（Ho）為0.416 7-0.833 3；期望雜合度（He）為0.451 2-0.804 0。8個微衛(wèi)星座位的PIC為0.409 3-0.777 9，平均PIC值為0.678 1，大于0.50［22］，屬于高度多態(tài)位點，表明8個微衛(wèi)星座位適用于本試驗群體的遺傳多樣性分析。其中微衛(wèi)星座位MRMB11和SUGbp8-137的PIC非常接近，分別為0.683 7和0.685 1，說明兩個標記來自父本（或母本）的同一個等位標記的可能性相似。

表2 八個微衛(wèi)星座位在5組幼體發(fā)育速度不同的羅氏沼蝦群體中的遺傳參數(shù)

2.2 遺傳多樣性分析

5組幼體發(fā)育速度不同的羅氏沼蝦群體在8個微衛(wèi)星座位上的遺傳參數(shù)（表3）顯示，5組羅氏沼蝦群體的平均等位基因數(shù)、平均有效等位基因數(shù)、觀測雜合度、期望雜合度、香農(nóng)指數(shù)和遺傳多樣性指數(shù)均比較接近，無明顯差異。5組羅氏沼蝦群體的多態(tài)信息含量（PIC）均大于0.5，分別為 0.665 3（PⅠ）、0.683 3（PⅡ）、0.680 9（PⅢ）、0.659 6（PⅣ）、0.669 3（PⅤ），說明5組群體均表現(xiàn)為高度多態(tài)。

表3 五組幼體發(fā)育速度不同的羅氏沼蝦群體在8個微衛(wèi)星座位上的遺傳參數(shù)

2.3 遺傳變異分析

遺傳分化系數(shù)（Gst）是表征群體間遺傳分化程度的重要參數(shù)。5組幼體發(fā)育速度不同的羅氏沼蝦群體的遺傳分化系數(shù)（表4）顯示，兩兩群體間的遺傳分化系數(shù)均小于0.05，介于0.003 5-0.006 1之間，說明各組群體間的遺傳分化都很微弱，或不存在遺傳分化。且5組群體在8個位點的平均遺傳分化系數(shù)為0.007 4（表2），表明5組群體的遺傳分化，僅0.74%來自幼體發(fā)育速度不同，99.26%來自幼體發(fā)育速度不同的個體間。無論是兩兩群體間的遺傳分化系數(shù)，還是5組群體在8個位點的平均遺傳分化系數(shù)，均說明5組幼體發(fā)育速度不同的羅氏沼蝦群體的遺傳分化主要來自于個體間的遺傳差異。

表4 五組幼體發(fā)育速度不同的羅氏沼蝦群體的Gst值

Nei's遺傳距離和遺傳一致度可以反應各樣本組間親緣關(guān)系的遠近，根據(jù)其計算方法，計算得到5組幼體發(fā)育速度不同的群體間的Nei's遺傳距離和遺傳相似系數(shù)。結(jié)果（表5）顯示，5組幼體發(fā)育速度不同的羅氏沼蝦群體間遺傳距離和遺傳相似系數(shù)均非常接近，彼此間并無明顯的差異。其中PⅠ群體和PⅣ群體間遺傳距離最大，為0.028 7，遺傳相似系數(shù)最小，為0.971 8；PⅡ群體和PⅢ群體間遺傳距離最小為0.018 2，遺傳相似系數(shù)最大，為0.981 9。

表5 五組幼體發(fā)育速度不同的羅氏沼蝦群體的Nei's遺傳距離及遺傳相似系數(shù)

3 討論

遺傳分化系數(shù)（Gst）和遺傳距離均可有效表示物種間的遺傳變異和遺傳分化程度，用微衛(wèi)星標記計算出的遺傳距離更能客觀地反映出群體間的遺傳變異和系統(tǒng)分化［24，25］。實驗中5組羅氏沼蝦群體兩兩群體間的遺傳分化系數(shù)和遺傳距離均非常接近，且無明顯差異，說明5組羅氏沼蝦群體間的遺傳分化主要來自于幼體發(fā)育速度不同的個體間；同時5組羅氏沼蝦群體的雜合度、多態(tài)信息含量和香農(nóng)指數(shù)亦無明顯差異，說明5組幼體發(fā)育速度不同的群體間的遺傳變異很微弱或不存在遺傳變異［26］。結(jié)合前期研究表明基因?qū)νC羅氏沼蝦幼體發(fā)育速度的不同步和生長差異的影響微弱，或不存在影響。

生物性狀表現(xiàn)是基因效應和環(huán)境效應共同影響的結(jié)果。實驗中，同窩同日產(chǎn)出的羅氏沼蝦幼體，在水溫、水質(zhì)和投喂量基本一致的情況下，蚤狀幼體的變態(tài)依然表現(xiàn)出不同步性。同時前期研究中，幼體發(fā)育速度不同步的羅氏沼蝦群體在飼養(yǎng)條件基本相同的條件下，其生長速度、成活率等均有差異，并與幼體發(fā)育速度顯著相關(guān)，表明羅氏沼蝦幼體發(fā)育速度不同步和生長差異亦非環(huán)境因素引起的，或者影響較小。

蝦類胚胎發(fā)育和開口前仔體發(fā)育都屬于卵黃營養(yǎng)階段，卵黃主要成分是卵黃蛋白，卵黃蛋白的數(shù)量和質(zhì)量對于維持蝦類早期生命至關(guān)重要［27］。羅氏沼蝦的胚胎發(fā)育和溞狀幼體孵化后的第一期幼體都是由卵巢中卵黃蛋白來提供物質(zhì)和能量，所以胚胎和幼體中卵黃蛋白的消耗狀況可直接影響羅氏沼蝦發(fā)育進程［28］。羅氏沼蝦卵黃物質(zhì)主要在初級卵母細胞的細胞器上形成，并隨卵母細胞發(fā)育而逐漸積累［29，30］。同一卵巢內(nèi)不同卵細胞發(fā)育區(qū)的初級卵母細胞，其分化時間和發(fā)育階段不同，周圍卵母細胞較中央卵母細胞發(fā)育快，先轉(zhuǎn)入卵母細胞的大生長期［9］。因此，羅氏沼蝦親蝦卵巢發(fā)育的不同步可能導致卵黃蛋白積累不同，從而間接導致其幼體發(fā)育速度不同步和生長差異。同時，羅氏沼蝦胚胎發(fā)育過程中利用卵黃物質(zhì)所需的消化酶類來源于母本，受精時已經(jīng)存在于卵內(nèi)，在卵母細胞形成過程中合成并儲存于卵黃內(nèi)［28］。因此增強母體營養(yǎng)，使受精卵帶有更多卵黃蛋白和消化酶類，提高卵黃物質(zhì)的利用，對提高幼體質(zhì)量和幼體變態(tài)具有重要作用。此外鹵蟲（生物餌料）體內(nèi)不飽和脂肪酸含量變化、溫度劇變和驚嚇等對羅氏沼蝦的幼體變態(tài)、生長和存活都有一定影響［31-34］。

4 結(jié)論

通過對5組幼體發(fā)育速度不同的羅氏沼蝦群體進行遺傳多樣性和遺傳變異分析發(fā)現(xiàn)，基因?qū)νC幼體發(fā)育速度不同步和生長差異的影響非常微弱，具體原因尚需繼續(xù)探討。

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（責任編輯 馬鑫）

Genetic Structure Analysis of Macrobrachiu rosenbergii with Different Developmental Rate at Larval Stage

DAI Xi-lin1GAO Xiang1WANG Hai-yang1MING Lei1JIANG Zong-bing1DING Fu-jiang2
（1. Key Laboratory of Freshwater Aquatic Genetic Resources of Ministry of Agriculture，Shanghai Ocean University，Shanghai 201306；2. Shanghai Shencao Special Fisheries Development Corps，Shanghai 201516）

In order to investigate the causes of asynchronization of development rate and the difference of growth for Macrobrachium rosenbergii larvae from the perspective of molecular biology， the genetic diversity and variation of M. rosenbergii with different larval development rates of 5 groups were analyzed. The results showed that 57 alleles among 5 groups were detected with 8 pairs of microsatellite primers. Numbers of alleles（Na）of each microsatellite ranged from 5 to 10， the genetic diversity of M. rosenbergii population among 5 groups had no significant differences. Meanwhile， the genetic differentiation coefficient and genetic distance between two populations were very close， indicating that genetic differentiation of M. rosenbergii with different larval development rate among 5 groups mainly resulted from the genetic differences among individuals. Combining with the prior researches， this study revealed that the causes of asynchronization of development rate and the difference of growth for M. rosenbergii larvae were not genetic variation and environmental differences.

Macrobrachium rosenbergii；larval development rate；genetic diversity；genetic variation

10.13560/j.cnki.biotech.bull.1985.2016.02.026

2015-04-30

上海市蝦類產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系項目（滬農(nóng)科產(chǎn)字（2014）第5號），上海市農(nóng)業(yè)領(lǐng)軍人才計劃（D8004140243），上海市科委重點攻關(guān)項目（11391901400）

戴習林，男，博士，教授，研究方向：水產(chǎn)養(yǎng)殖與海洋生物學；E-mail：xldai@shou.edu.cn