利用微卫星分子标记估计大菱鲆生长性状遗传参数及不同养殖条件下基因型与环境互作效应分析

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大菱鲆(Scophthalmus maximus L.)是原产于欧洲的重要海水名贵养殖鱼种,因其生长速度快,对环境适应力强,于1992年引进中国,现已成为中国北方沿海地区重要的鲆鲽类养殖品种。近年来,由于大菱鲆选育工作依赖于国外引进亲本,亲本亲缘关系未知,易造成近亲交配,加之累代繁殖,以致出现种质退化现象,故有必要对大菱鲆进行遗传改良。然而,在传统的BLUP遗传育种方法中,个体间亲缘关系的确定来源于人为记录的系谱,但是由于大菱鲆引进亲本亲缘关系未知及育种周期较长,给系谱的记录带来麻烦。本研究将微卫星标记引入大菱鲆遗传参数评估中,结合微卫星标记和系谱所提供的遗传信息,提出两种简化方法来估计大菱鲆养殖群体的遗传力和育种值,①对于2013年构建的19个家系,利用12对微卫星标记对部分子代个体进行基因分型,计算个体间平均分子遗传相关度(Average molecular relatedness, AMR),构建加性遗传相关矩阵,分别建立两种动物模型(模型一不包含母系与共同环境效应;模型二包含母系与共同环境效应),估计幼鱼体重性状的遗传参数。②对于2013级建立的39个家系,利用12对微卫星标记对亲本进行基因分型,计算亲本间共祖率,再推出研究个体间的加性遗传相关系数(Parental molecular relatedness, PMR),构建加性遗传相关矩阵,建立动物模型,估计幼鱼体重性状的遗传参数。这两种方法均与根据完整系谱估计的加性遗传相关系数(pedigree relatedness, PR)遗传参数做比较,利用交叉验证的方法估计遗传效应的预测能力,以判断方法的有效性。结果显示:①AMR与PR之间呈高度正相关(0.914)。对于AMR和PR,最优模型分别是模型二和模型一,利用最优模型进行遗传评估,体重性状的遗传力估计值分别为0.19(±±0.056)和0.66(±0.17)。不管是基于模型一还是模型二,根据AMR预测遗传效应的能力均大于根据PR的预测能力。②PMR和PR之间显示皮尔逊相关系数为0.872。基于相同动物模型利用PMR和PR估计的体重遗传力分别为0.52(±0.13)和0.55(±±0.22)。交叉验证显示利用PMR和PR预测遗传效应的能力相同(0.81)。因此,总的来说可以看出AMR和PMR在方差组分部分及遗传效应预测能力方面均显示出了巨大潜力,在仅知一代系谱时可以替代PR应用到大菱鲆幼鱼养殖群体的遗传参数评估工作中,省去了记录多代系谱的麻烦。在中国大菱鲆的养殖模式主要是“温室大棚+深井海水”养殖模式,这种养殖模式在中国北方地区十分普遍。由于北方不同纬度地区地热资源不同,在实际生产过程中,各地养殖水温不同。本研究设置了两种不同水温的常见养殖环境,一种环境工厂化养殖环境(industrial farming system, IFS),其养殖水温整年保持在18-20℃,一种低温环境(industrial farming system with low temperature, IFSLT)除了温度的范围和变化与IFS环境不同外其他条件均保持相同,冬季最低水温为8℃。以2013年构建的大菱鲆69个选育家系作为研究群体,在生长到100天时每个家系随机选取100个个体,测量体重与体长数据,再将100个体随机分为两份进行物理标记后放到上述两种环境中养殖12个月,待鱼体达到收获规格时测量个体体重与体长数据,建立两性状动物模型,利用限制性最大似然法(REML)估计体重、体长和肥满度在两种环境下的遗传力和遗传相关及在两种环境间的基因型与环境互作效应。结果显示,在IFS和IFSLT环境下分别存活了2125和2925个个体。在IFS环境下,体重和体长遗传力属于中等遗传力,分别为0.34(±0.12)和0.34(±0.10),肥满度遗传力很低,为0.009(±±0.03)。在IFSLT环境下,体重性状与体长性状的遗传力估计值均为0.16(±0.05)和0.17(±0.05)和0.04(±0.04)。在两种环境中,体重和体长间的表型相关和遗传相关均大于0.90,说明对体重的选择可以间接地选育体长性状,然而肥满度不管与体重还是体长的遗传相关均不显著。在两种环境中,性状的遗传变异系数不同,分别为:体重,20.16和9.62;体长,6.68和3.70。本研究对于收获体重和体长性状发现了两个环境之间不显著的重排效应和尺度效应。对于肥满度性状,不同环境间的遗传相关(0.78)接近于break-even相关值,但是具有较大的标准误。本研究首次估计了大菱鲆体重体长等生长性状在两种不同养殖环境间的基因型与环境互作效应,为制定科学有效的育种方案提供了参考,进一步对大菱鲆苗种选育有积极的借鉴意义。
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