基因组学和转录组学分析揭示了杂交大口黑鲈（Micropterus salmoides）杂种优势的分子机制

《Aquaculture Reports》：Genomic and transcriptomic analyses reveal the molecular mechanism of heterosis in hybrid largemouth bass ( Micropterus salmoides)

大口黑鲈杂交种群在生长性能和遗传多样性上优于纯种群体，转录组分析揭示过显性表达的基因涉及氨基酸、脂类和碳水化合物代谢等关键通路，且与内质网蛋白加工相关，可能增强免疫应答。

　　
largemouth bass（异育鲈）是中国水产养殖中的重要经济鱼类，但其长期人工选育已导致遗传多样性下降和生长性能退化。2025年发表于《水产遗传学》的研究首次通过转录组学和群体遗传学手段，系统解析了异育鲈杂交后杂种优势（heterosis）的形成机制，为鱼类遗传改良提供了新思路。

研究团队从地理隔离的两个亲本种群入手：一个是1970年代从美国引入的野生种群（NN组），另一个是中国长期养殖的近交种群（CC组）。通过四交配实验获得NC（野×驯）和CN（驯×野）两个杂交种群，并与双亲纯合种群（NN和CC）进行对比分析。180天的生长实验显示，杂交种群NC的终末体重（335.13g）和增重率（6877.38%）均显著高于所有纯合种群（P<0.01），其中NC的杂种优势率高达8.43%。这种生长优势不仅体现在体重参数上，更在特定代谢通路中形成显著表达差异，为解析杂种优势的分子基础提供了新视角。

从群体遗传学分析看，杂交种群NC和CN的遗传多样性指标（观测杂合度Ho、期望杂合度He和核苷酸多样性π）均显著高于纯合种群。特别是NC组的Ho值达到0.2646，较CC组提升37.2%，这可能与双亲基因的重组和遗传多样性恢复有关。结构遗传学分析显示，纯合种群NN和CC形成了完全独立的遗传亚群（FST=0.032），而杂交种群NC和CN的基因流（FST=0.021）显著低于亲本种群，说明杂交过程促进了等位基因的混合与重组。

转录组测序发现，NC和CN杂交种群共鉴定出4089个差异表达基因（DEGs），其中544个在NC组呈现超显性表达（overdominance），180个在CN组同样存在超显性模式。值得注意的是，这些超显性基因在能量代谢相关通路中呈现显著富集，包括：氨基酸合成（23.6%）、脂类代谢（18.9%）、糖原分解（15.7%）等核心代谢途径。通过定量RT-PCR验证发现，关键代谢基因如slc25a11（线粒体载体蛋白）、gck（葡萄糖磷酸化酶）等在NC组的表达量较CC组提升2-3倍，其mRNA水平的差异与生长表型直接相关。

选择性压力分析揭示了三个关键区域：NC与NN种群间的142个候选区域富集了68个差异基因，这些基因主要参与氧化磷酸化和内源性大麻素信号传导；NC与CC种群间的67个区域包含39个DEGs，显著富集在钙信号通路和非同源末端连接（NHEJ）修复通路。特别值得注意的是，蛋白合成相关基因（如核糖体蛋白rpl32、tRNA合成酶）在杂交组中呈现超显性表达，这与动物杂种优势的经典理论相符——通过基因剂量效应和非加性表达模式，增强关键代谢通路的效率。

在功能分析层面，NC组的超显性基因形成了以糖脂代谢为核心的代谢网络，其中26个基因（占超显性基因的4.8%）同时富集在糖酵解（P=0.003）和脂肪酸氧化（P=0.012）两个关键通路。通过构建基因互作网络发现，这些基因通过调控mTORC1信号通路和AMPK代谢酶系统，形成协同增效机制。例如，线粒体载体蛋白slc25a11的上调可能通过优化ATP合成效率，间接促进生长性能。

在免疫相关基因方面，研究团队发现杂交种NC的ER应激响应基因（如perk、atf4、chop）表达量较CC组提升40-60%，这可能与增强的非特异性免疫能力有关。虽然CN组在免疫基因表达上未达显著差异，但其代谢相关基因（如lipg、gnsb）的超显性表达仍显示出生长优势。值得注意的是，在蛋白加工内质网（ER）通路中，NC组同时存在23个超显性基因和17个加性表达基因，这种混合表达模式可能通过协同作用增强细胞应激能力。

研究还揭示了杂种优势的时空异质性特征。在NC组中，代谢相关基因的超显性表达在90-120天生长关键期达到峰值，此时NC组的平均日增重（8.72g）是CC组的1.48倍。而CN组的优势则体现在180天后期，其糖原合成相关基因（如gnsb1）的表达量在后期阶段提升2.3倍。这种差异可能与亲本种群的生态适应史有关：美国野鲈更适应自然波动的水环境，而中国驯化种群则演化出更强的稳定代谢系统。

该研究对水产养殖实践具有重要指导意义。通过筛选具有超显性表达潜力的代谢基因（如slc25a11、gnsb），结合分子辅助育种技术，可定向培育具有更强环境适应性的杂交种群。研究还发现，杂交后代的遗传多样性提升可使抗逆性增强30%以上，这对减少养殖密度压力、预防群体衰退具有实际应用价值。

未来研究可进一步探索以下方向：1）超显性基因的表观遗传调控机制；2）不同杂交组合（如野×野、驯×驯）的代谢网络差异；3）基于代谢通路的基因编辑技术优化杂种优势。该成果已获得江苏省种子产业振兴项目（JBGS[2021]130）和广西重点研发计划（2023AB17003）资助，相关技术正在养殖基地进行中试推广。