在多倍体鲫鱼复合体中合成不育异源多倍体的有效方法

多倍体通常被认为是物种形成的主要驱动力，因为多倍体在基因组缓冲、杂种优势固定和可塑性进化方面具有优势。从农业和水产养殖的角度来看，多倍体可以被认为是作物和鱼类驯化的关键因素，因为多倍体通常具有一些经济上有利的性状，例如增加产量、改善品质和增强适应性。许多主要作物和养殖鱼类被认为起源于一次或两次多倍体事件。

更重要的是，多倍体可能通过有利于单性繁殖的开始而导致繁殖模式转变。60%以上的单性脊椎动物物种或生物型是多倍体，其中一些与密切相关的双性二倍体物种同域共存，形成有性二倍体-单性多倍体复合体。有趣的是，一些复合体显示出多种繁殖策略。

在最近发表在《科学通报》上的一项研究中，中国科学院水生生物研究所桂建芳教授领导的研究小组发现了多倍体鲫鱼复合体中独特的繁殖模式，并开发了一种合成无菌的有效方法异源多倍体。

多倍体鲫鱼复合体天然由有性二倍体(A2n)C.auratus和雌核发育两倍体(A3n)C.gibelio组成。通过整合雌核发育的C.gibelio和有性C.auratus的基因组，研究人员生成了新的两倍体(NA3n)，并发现大多数NA3n雌性(NA3n♀I)恢复了雌核发育。

在一些NA3n雌性(NA3n♀II)中，研究人员发现了一种独特的繁殖模式，称为无核融合发生，它结合了无核卵子发生和精卵融合的能力。这些雌性遗传了无细胞分裂卵子发生，以从雌核发育的银鳕鱼中产生未减数的卵，并从有性的金鱼中产生精卵融合。独特繁殖模式的发现为高效合成一些具有更高倍性的新型异源多倍体提供了机会。

研究人员随后利用这种独特的繁殖模式，通过将NA3n♀II与团头鲂杂交，生成了一组合成的异源七倍体。合成的异七倍体包含母本NA3n♀II的所有染色体和父本M.amblycephala的一组染色体。在一些体细胞中也观察到NA3n♀II和M.amblycephala之间的基因组染色体易位。

通过探索合成异源七倍体不育的细胞学机制，研究人员进一步研究了减数分裂前期I过程中原代卵母细胞和精母细胞联会复合体的组装、DNA双链断裂(DSB)形成和修复的动态变化。异源七倍体的原代卵母细胞由于在前期I不完全DSB修复而经历严重的细胞凋亡。虽然它们在前期I显示出相似的染色体行为，但由于在中期I染色体分离失败，精母细胞经历了细胞凋亡。

不幸的是，大量生产不育异源七倍体需要大量的NA3n♀II。研究人员因此建立了一个可持续的克隆，用于使用ameio-fusiongenesis模式大规模生产NA3n♀II，并开发了一种有效的方法来合成包含不同鲤鱼物种基因组的多种异源多倍体。

这项研究揭示了多倍体鲫鱼复合体中独特的繁殖模式，并为多倍体与繁殖过渡之间的关联提供了新的见解。