基因组分析与转录组分析的整合应用为太平洋牡蛎（Crassostrea gigas）的生长异质性提供了新的见解

《Aquaculture》：Integrated application of genomic and transcriptomic analyses provides insights into growth heterosis in Pacific oyster Crassostrea gigas

本研究通过全基因组重测序和转录组测序，分析太平洋牡蛎杂交种HD4的异源优势机制，发现母本基因主要调控葡萄糖代谢和能量支持，父本基因则与细胞增殖、贝壳形成及免疫相关，揭示了互补遗传模式。

　　

杨航|李琦

中国海洋大学教育部海水养殖重点实验室，青岛市266003，中国

摘要

太平洋牡蛎Crassostrea gigas是一种广泛养殖的双壳类软体动物，具有重要的经济价值，其生长性能直接影响水产养殖的产量。虽然杂交育种已被证明可以促进生长，但牡蛎生长杂性的遗传和分子基础仍不明确。在这项研究中，我们使用了两个遗传上不同的C. gigas品系：橙壳近交系（OS）和快速生长品种“Haida No. 1”（HD1），以及它们的杂交后代“Haida No. 4”（HD4），系统地研究了生长杂性。我们采用了全基因组重测序和转录组测序的综合方法。群体基因组分析证实HD4的遗传多样性显著增加。转录组分析显示，表达水平优势（ELD）模式解释了大约95%的非加性表达基因。同时，我们进行了选择性清除分析（HD4与OS和HD4与HD1的比较），并将鉴定出的候选基因与ELD模式基因进行了整合。研究结果表明，这是一种互补遗传模式：母本遗传贡献主要体现在葡萄糖代谢和能量支持方面，而父本遗传贡献则与细胞增殖、生物矿化和先天免疫功能密切相关。这些发现为牡蛎生长杂性的分子基础提供了宝贵的见解，这是进一步阐明这一现象的重要一步。

引言

杂性是一种常见的、高度复杂的生物学现象，杂交后代在生长潜力、抗性和存活率方面表现出优于亲本品系的特点（Birchler等人，2010年）。自上个世纪成功应用杂性育种技术以来，该技术显著提高了玉米产量（Duvick，2001年），也开始广泛应用于商业贝类物种，包括鲍鱼、扇贝和牡蛎（Kong等人，2017年；Tan等人，2022年；You等人，2015年）。然而，尽管杂性在水产养殖中非常重要，但其背后的机制在一个多世纪的研究后仍不甚明了。从遗传学角度来看，已经提出了多种概念性假说，如显性、超显性和上位性来解释杂性，但这些假说并未直接涉及分子基础（Hochholdinger和Hoecker，2007年；Luo等人，2001年）。对杂性理解的不足也限制了其在水产养殖中的应用改进。

杂交被认为是动物进化中的自然过程（Zecca等人，2019年）。理论上，由于不同亲本基因组融合形成的杂交后代没有产生新的基因，杂性可能归因于新的基因型或基因表达的差异（Ko等人，2016年；Schnable和Springer，2013年）。下一代测序技术的迅速发展使得在遗传层面上研究杂性成为可能。其中，转录组测序已成为最常用的组学工具，能够分析全局基因表达、非加性表达、全长基因组装、可变剪接（AS）事件和新基因的发现（Li等人，2016年；Salem等人，2010年）。例如，通过转录组分析发现，非加性表达基因与拟南芥杂交后代的早期生物量杂性有关（Zhu等人，2016年）。Xiao等人（2021a）通过转录组分析发现，杂交鲍鱼在热应激下可变剪接事件的增加可能有助于热杂性。此外，Shao等人（2019年）利用水稻不同组织和生长条件下的RNA-seq数据，提出了通过两种等位基因特异性表达基因模式来解析杂性分子机制的新视角。

关于杂性遗传机制的解释，转录学研究显著增加。因此，人们对杂性的分子机制进行了广泛的研究，主要集中在基因表达及其产物的下游功能层面，即转录组学、蛋白质组学和代谢组学（Tang等人，2025年；Zhang等人，2019年）。相比之下，之前的基因组决定因素，特别是那些可能因果导致杂性的选择区域，研究还不够全面。全基因组重测序结合选择性清除分析，提供了一种直接的方法来识别杂交后代中受到正向选择的位点（Huang等人，2022年）。这种方法可以识别选择的“足迹”，区分因果变异及其下游的分子后果。尽管这种方法非常有效，但将这种全基因组选择图谱与转录组分析相结合以建立完整的基因型-表型途径在水产养殖物种中的研究仍相对较少。

太平洋牡蛎Crassostrea gigas是一种具有重要经济价值的牡蛎品种，在许多国家都有养殖。在过去的几十年里，杂交育种被用于牡蛎的人工繁殖，以解决种质资源退化的问题。值得注意的是，通过C. gigas（橙壳系♀דHaida No.1”♂）杂交培育出的人工杂交品种“Haida No.4”（HD4），在生长、存活率以及对温度和盐度胁迫的抵抗力方面表现出优于其亲本的特点（Liang等人，2022年；Meng等人，2022年）。目前，已证明HD4的生长杂性与总DNA甲基化水平有关（Yang和Li，2022年），但其分子机制仍知之甚少。

在这项研究中，我们利用两个亲本品系及其杂交后代HD4的全基因组重测序和转录组测序，来解析杂交牡蛎生长杂性的遗传基础。通过分析杂合度、选择性清除和差异表达模式，我们旨在阐明杂交如何重塑遗传多样性、选择特征和下游基因表达，从而为牡蛎生长杂性的分子机制提供新的见解。

实验动物

本研究中使用的母本品系是C. gigas的橙壳系（OS），该品系仅由培养群体中发现的四个橙壳个体建立而来。随后通过连续的家庭选择和群体选择来稳定橙壳表型（Han等人，2019年）。该品系的开发主要是为了壳色而非生长增强。先前对C. gigas壳色品系的研究表明，OS的生长速度较低

杂交牡蛎表现出显著的生长杂性

杂交后代HD4在幼体阶段表现出强烈的生长杂性，其总重量（TW）和壳高度（SH）均超过了亲本的高值（图1）。此外，HD4的壳色模式也与亲本品系不同。

群体遗传结构分析

我们对75个C. gigas个体进行了全基因组重测序，平均深度为10.85。与参考基因组的比对达到了94.11%的平均映射率和85.26%的覆盖率，共鉴定出35,090,473个

遗传多样性对杂性的影响

包括杂交育种、选择性育种和基因组辅助选择在内的遗传改良策略，对于解决水产养殖中的关键挑战至关重要。通过优化遗传资源，这些方法有助于水产养殖的可持续发展和产量提高（Du等人，2021年）。生长性状对于水产养殖品种的经济性能至关重要，可以通过杂交育种有效提升

结论

在这项研究中，我们采用全基因组重测序结合RNA测序来研究杂交后代HD4的生长杂性遗传基础。HD4中杂合度的增加和ELD模式基因的优势与其优异的生长表现相关。综合的基因组和转录组分析一致揭示了父本和母本功能特化的模式对生长杂性的贡献。母本显性基因主要参与

CRediT作者贡献声明

杨航：撰写——原始草稿，研究，概念构思。李琦：撰写——审稿与编辑，监督，资源获取，资金申请，概念构思。

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文所述的工作。

致谢

本研究得到了国家重点研发计划（2022YFD2400305）、青岛蓝色种业创新项目（QDLYY-2024001）和山东省（2025LZGC036）的资助。