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半滑舌鳎经济性状的遗传评估及基因组选择初步研究

刘峰  
【摘要】:半滑舌鳎(Cynoglossus semilaevis)是我国重要的海水养殖鱼类之一,为广大养殖户带来了巨大的经济效益,但是由于近年来市场价格、养殖成活率及产量的下降,养殖户的高成本低产出现状日益严重,使得半滑舌鳎养殖产业受到很大冲击。为了提高养殖产量,培育生长迅速抗病力强的半滑舌鳎新品种具有重大经济意义,将有助于促进半滑舌鳎养殖业的健康稳定发展。本文对半滑舌鳎重要经济性状,包括生长性状和抗病性状,进行遗传分析,并且对基因组选择(Genomic Selection,GS)育种技术在半滑舌鳎良种选育中的应用进行了初步探索,并取得了如下结果:1.为了对半滑舌鳎主要生长性状之间的联系进行研究,分析了12月龄左右半滑舌鳎个体的形态性状,包括全长(total length,TL)、体高(body high,BH)、体厚(body depth,BD),对体质量(body weight,BW)的影响,通过模型拟合筛选获得能够反映雌、雄性个体各形态性状与体质量关系的最佳模型。并对形态性状对体质量的影响进行通径分析。模型拟合结果显示,雌、雄个体全长、体高和体厚与体质量的最优拟合模型均为幂函数曲线模型,雌性个体三个形态性状与体质量的最优模型分别为:090.3?004.0 xy?、983.2?382.0 xy?、461.2?912.61 xy?;雄性个体的三个最优模型公式依次为:003.3?005.0 xy?、147.3?300.0 xy?、156.2?681.57 xy?。通径分析结果显示,雌性个体中体高对体质量的直接影响最大,通径系数为0.535,而雄性个体全长对体质量的直接作用最大,通径系数为0.407。雌、雄个体的三个形态性状对体质量都有极显著的直接作用,其最优多元回归方程:雌性为BW=-88.530+1.297*TL+15.862*BH+39.021*BD;雄性为BW=-71.579+2.587*TL+7.351*BH+35.595*BD。2.为了实现对成鱼期半滑舌鳎重要经济性状的遗传评估,以2010年建立的22个半滑舌鳎全同胞家系(其中正常雄鱼后代家系15个,伪雄鱼后代家系7个)为研究对象,比较分析了570日龄时期正常雄鱼后代与伪雄鱼后代在生长及雌性比例上的差异,并采用REML和BLUP法研究生长相关性状,包括全长(total length,TL)、体质量(body weight,BW)以及体质量平方根(square root of body weight,SQ_BW),估计目标性状的遗传参数(遗传力和遗传相关),对正常雄鱼和伪雄鱼后代家系的育种性能进行评估和比较。结果显示,570日龄时期正常雄鱼后代的3个生长性状均值均显著大于(P0.05)伪雄后代,并且正常雄鱼后代的雌性比例也显著高于(P0.05)伪雄鱼后代。三个生长性状均表现为低水平遗传力,依次为:0.128±0.0662、0.128±0.0655、0.132±0.0629。各性状表型值与其育种值之间的相关系数分别为0.516(TL)、0.524(BW)和0.506(SQ_BW)。3个性状之间的遗传相关系数(0.921–0.969)大于其表型相关系数(0.711–0.748),两种相关系数的标准误都较低(遗传:0.063–0.123,表型0.010–0.018)。比较各性状的育种值均值发现,伪雄鱼后代的育种性能低于正常雄鱼后代。由此可以判定,在育种过程中,伪雄鱼及其后代不应该用作亲鱼繁殖后代。3.为了对生长性状进行更加准确的遗传评估,以2014年建立的大规模的半滑舌鳎家系(80个)为研究对象,采用多性状动物模型对半滑舌鳎早期(133日龄)生长性状(包括个体全长、体宽和体质量)进行分析。结果表明三个生长性状都属于中等遗传力(全长为0.210、体宽为0.259、体质量为0.268)。三个性状之间具有很高的遗传相关性,其中体宽和体质量遗传相关性最高,相关系数为0.959,而全长和体宽遗传相关系数最低,为0.913。与遗传相关系数相比,表型相关系数略低,处于0.866–0.899之间,其中,同样是体宽和体质量相关性最高,全长和体宽的最低。各性状的表型值与其育种值都具有较高的极显著相关关系(0.614–0.672),说明育种值估计结果具有较高的准确性。通过家系育种值排序,初步筛选出了生长性状优良遗传背景丰富的16个全同胞家系,将之作为亲鱼进行培育并繁殖后代不会造成严重的近交衰退。本研究使用了大量的家系,获得了更加准确的生长性状遗传参数,为优良品种的成功培育提供了重要资料。4.半滑舌鳎养殖过程中爆发的各种疾病,给半滑舌鳎健康养殖和经济产出均带来了很大的危害。为了培育半滑舌鳎抗病新品种将这一危害降至最低,以半滑舌鳎三个抗病性状(包括迟缓爱德华氏菌感染存活率,trait_1;鳗弧菌感染存活率,trait_2;自然发病存活率,trait_3)为研究对象,分别使用线性模型(linear model,LM)和阈性状模型(threshold model,TM)估计各性状的遗传参数。结果显示,三个性状的遗传力存在较大差异,在0.137-0.263之间。其中,trait_1的遗传力(LM的估计结果:0.263,TM的估计结果:0.193)高于另外两个性状(LM的估计结果:0.216和0.232;TM的估计结果:0.137和0.188)。本次研究中,LM估计的三个性状遗传力值大于TM所得结果。Trait_1和trait_2之间具有显著的中等遗传相关关系(P0.05),相关系数为0.438(LM)和0.423(TM)。因此,如果在trait_1和trait_2之间采取间接选择可以获得一定的选择效果。但是,trait_3与trait_1和trait_2之间具有很低的遗传相关关系(LM:-0.100和-0.046;TM:0.047和0.042),而且相关性均不显著(P0.05)。根据家系育种值,筛选到同时抗迟缓爱德华氏菌和鳗弧菌病的家系两个;同时抗鳗弧菌和自然爆发未知疾病的家系一个。如果将获得的抵抗不同疾病的家系进行杂交,有望获得能够同时抵抗多种疾病的优良品系。另外,通过对两种模型估计获得的家系育种值进行相关性分析及成组比较,发现两种模型对育种值的预测能力差异不显著(P0.05)。上述结果为培育抗多种疾病的半滑舌鳎新品种提供了重要参考。5.哈维氏弧菌同样危害半滑舌鳎养殖业的健康发展,因此,对于半滑舌鳎抗哈维氏弧菌病性状的研究具有重要的实践意义,以54个半滑舌鳎家系为材料,通过人工感染实验分析半滑舌鳎家系对哈维氏弧菌抗病力的遗传变异。通过比较不同家系哈维氏弧菌感染后存活率,筛选出抗病力强的家系。采用线性混合模型分别估计各取样时期半滑舌鳎家系抗病性状的遗传参数,找出遗传力估计值最高的取样时期。结果显示,哈维氏弧菌感染后各家系的存活率表现出很大差异,存活率最高达到94.25%(家系号为L75),而最低至9.15%(家系号为L104),说明各个家系对哈维氏弧菌抗病力具有很大的遗传变异性,这一结果为筛选半滑舌鳎抗哈维氏弧菌病家系提供了前提。遗传参数估计结果显示,随着家系中存活数量的降低,方差组分和遗传力都逐渐升高,直到实验结束,此时性状遗传力为0.449,属于中高等遗传力,有益于这一性状的遗传改良取得较好的效果。通过育种值选留获得了抗病性最高的12个家系,这些家系将用于繁殖后代,为培育抗哈维氏弧菌病的半滑舌鳎家系奠定了基础。6.为了开展半滑舌鳎的基因组选择(GS)育种工作,本章从参考群体构建、表型数据采集、高质量基因组DNA的提取、基因组重测序实现SNP分型、测序获得SNP数据的质量控制以及数据填充、选择合适的分析方法预测基因组估计育种值(Genomic Estimated Breeding Value,GEBV)、不同分析方法预测GEBV准确性的评定以及根据GEBV进行候选群个体选留,这8个部分进行详细阐述,制定了一个完整的半滑舌鳎GS育种技术方案,并探讨了实施方案过程中的一些注意事项,为半滑舌鳎GS育种顺利施行提供保障。7.为了筛选适用于半滑舌鳎GS育种的低密度SNP标记和预测GEBV能力较好的分析模型,本章结合半滑舌鳎实际情况,通过数据模拟获得不同标记数量的基因组SNP数据(1K、2K、4K、6K、8K、10K、12K、14K、16K、18K、20K)、个体表型值及真实育种值(TBV),采用多种Bayes方法(包括:Bayes A,Bayes B,Bayes Cπ以及Bayesian Lasso)分别估计SNP效应及GEBV。计算几种方法估计的GEBV和真实育种值(True Breeding Value,TBV)的相关系数;分析GEBV与表型值的回归关系。比较不同标记数量条件下,不同分析模型预测后代GEBV的准确性。结果表明,SNP标记数量从1K上升至6K时,估计准确性显著提高,从6K上升至12K时,准确性上升幅度减慢,标记数量超过12K之后准确性基本不再上升反而有下降趋势。从回归分析结果和模型DIC值判断,Bayes Cπ模型具有较高的优越性。比较预测后代GEBV的准确性发现,采用10K的基因组SNP数据通过Bayes Cπ模型进行GS育种将会取得较好效果。上述结果为筛选合适的SNP数据量定制低密度SNP芯片,进而通过芯片分型开展半滑舌鳎GS育种奠定了基础。


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