杂交对两种杂交石斑鱼线粒体DNA的影响：母系遗传模式与遗传多样性差异解析

本研究针对杂交石斑鱼线粒体DNA（mtDNA）的遗传模式展开探索，通过测定Cromileptes altivelis × Epinephelus lanceolatus（Hyb1）和E. fuscoguttatus × E. polyphekadion（Hyb2）及其亲本的完整线粒体基因组，结合cox3-nad3序列分析，证实杂交石斑鱼mtDNA遵循严格的母系遗传（相似度>99%），但Hyb1表现出比Hyb2更高的核苷酸变异和遗传多样性（Pi=0.03985 vs 0.00306）。该研究为杂交育种中mtDNA的遗传规律提供了重要理论依据。

　　

石斑鱼作为高经济价值的海水养殖鱼类，其杂交育种是提升生长速度、抗病性的重要手段。然而，杂交对线粒体DNA（mtDNA）这一严格母系遗传的细胞器基因组有何影响，仍是未解之谜。线粒体基因组的变异可能影响能量代谢和精子功能，但不同杂交组合间的差异规律尚未系统研究。为此，海南热带海洋大学的研究团队选取两种典型杂交石斑鱼组合——跨属杂交的Cromileptes altivelis（Cal，驼背鲈）与Epinephelus lanceolatus（Ela，鞍带石斑鱼）的杂交后代Hyb1，以及同属异种杂交的E. fuscoguttatus（Efu，棕点石斑鱼）与E. polyphekadion（Epo，清水石斑鱼）的杂交后代Hyb2，通过高通量测序和生物信息学分析，揭示了杂交对mtDNA的影响机制。

研究采用Illumina NovaSeq 6000平台完成6个样本（2杂交种+4亲本）的线粒体全基因组测序，通过Trimmomatic过滤低质量读长后，结合参考基因组引导组装和MitoZ de novo拼接策略。使用MITOS软件注释基因，CGView工具可视化基因组结构，基于13个蛋白编码基因（PCGs）构建最大似然法（ML）系统发育树。针对cox3-trnG-nad3区段（556 bp）进行克隆测序，利用DnaSP和PopART分析单倍型网络及遗传多样性参数（Hd、Pi等）。

3.1 基因组结构与系统发育分析
测序获得Hyb1（16,503 bp）、Hyb2（16,679 bp）及其亲本的完整线粒体基因组，均包含37个典型基因（13 PCGs、22 tRNAs、2 rRNAs）和D-loop区，基因排列完全一致。比较基因组学显示，Hyb1和Hyb2与母本的序列相似度均>99%，其中rrnL、cox2等基因高度保守。ML系统发育树证实杂交种与母本聚为一支，支持母系遗传模式。值得注意的是，Hyb1在12S rRNA、nad1-5等10个区域存在核苷酸变异（0.1%-0.3%），而Hyb2仅在D-loop区出现变异（1.5%）。

3.2 线粒体DNA统计分析
对cox3-nad3区段的151条克隆序列分析发现，Hyb1和Hyb2分别存在10和12种单倍型，单倍型多样性（Hd）均>0.8。但Hyb1的核苷酸多样性（Pi=0.03985）显著高于Hyb2（0.00306），提示跨属杂交可能引入更丰富的遗传变异。

3.3 单倍型分析
单倍型网络图显示，Hyb2与母本Efu共享Hap_4和Hap_7（占比25%-50%），符合母系遗传预期；而Hyb1虽与母本Cal同属单倍群I-II，却未共享优势单倍型（Hap_19占43.3% vs Cal的Hap_1占60%），暗示跨属杂交可能导致更复杂的mtDNA重组模式。

4. 讨论
该研究首次系统比较了不同分类阶层（跨属vs同属）杂交对石斑鱼mtDNA的影响。Hyb1的高变异可能源于亲本（Cal与Ela）的远缘遗传差异，而D-loop区作为变异热点在两类杂交种中均表现突出。尽管mtDNA严格遵循母系遗传，但跨属杂交显著提升了核苷酸多样性，这可能通过影响氧化磷酸化（OXPHOS）功能间接调控杂交优势。研究为水产育种中亲本选配提供了分子层面的新见解——当以改良生长性状为目标时，跨属杂交或能引入更丰富的遗传变异；而以稳定性状为目标时，同属杂交可能更为稳妥。

该成果发表于《Gene Reports》，不仅完善了动物mtDNA遗传理论，也为石斑鱼精准育种提供了可量化的分子标记。未来研究可结合转录组学，探究mtDNA变异与核基因组互作如何共同塑造杂交表型。